바이오에탄올 연구하시는 분들이 주목할 만한 논문

Genome Sequence of the Anaerobic, Thermophilic and Cellulolytic Bacterium Anaerocellum thermophilum DSM 6725. (Journal of Bacteriology, 2009)

Anaerocellum thermophilum DSM 6725 is a strictly anaerobic bacterium that grows optimally at 75 degrees C. It uses a variety of polysaccharides, including crystalline cellulose and untreated plant biomass, and has potential utility in biomass conversion. Here we report its complete genome sequence of 2.97 Mb, which is contained within one chromosome and two plasmids (of 8.3 and 3.6 kb). The genome encodes a broad set of cellulolytic enzymes, transporters and pathways for sugar utilization and compared to those of other saccharolytic, anaerobic thermophiles is most similar to that of Caldicellulosiruptor saccharolyticus DSM 8903.

그동안 입이 근질근질 했는데, 드디어 이 논문이 나왔군요. 제가 미국에 있었던 랩에서 나온 논문입니다. 우리 보스가 원래 hydrogenase 하던 사람이라 바이오수소 연구를 하다가 최근에 모든 것을 다 그만두고 바이오에탄올을 한다고 해서 좀 의아했습니다. 그런데 알고보니 단순히 셀룰로스를 분해하는 것이 아예 나무를 통째로 decompose하는 미생물을 가지고 실험한다는 겁니다. 사실 바이오에탄올 만들 때 가장 문제가 되는 것은 원료 전처리 과정이죠. 저 Anaerocellum thermophilum 라는 균은 75도에서 자라는 고온균인데 아예 genome sequencing까지 해버렸군요. 역시, 대단해요 아담스 아저씨~

극한미생물로 바이오수소 생산의 길 열린다

심해 미생물로 바이오수소 생산의 길 열린다

초고온성 고세균 이용 바이오수소 생산 

지금까지 알려진 다른 미생물의 최소 2배인 8개의 수소화효소군(hydrogenase cluster)을 보유, 단위당 수소추출량이 훨씬 클 뿐만이 아니라 일산화탄소, 전분, 개미산 등 다양한 기질(먹이)을 이용하여 바이오수소를 생산을 하는 기술이 순수 국내 기술로 개발됐다. 한국해양연구원(원장 강정극) 해양·극한생물분자유전체연구단(단장 김상진)의 이정현, 강성균 박사팀이 지난 2004년부터 국토해양부 R&D사업으로 추진 중인 해양생명공학기술개발사업의 일환으로 개발에 성공한 이 기술은 국내 최초로 남태평양의 심해 열수구에서 분리해 낸 초고온성 고세균 NA1(써모코커스 온누리누스 Thermococcus onnurineus NA1)의 유전체 연구를 통해 이뤄졌다.

확실히 해양연구원에서 우리나라 극한 미생물 연구의 선두자리를 굳혀가는 것 같습니다. 사실 이 내용은 작년 극한미생물학회에서도 관심을 끌었던 내용인데 Thermococcus라는 미생물 자체는 상대적으로 잘 알려진 균이지만 해양연의 Thermococcus onnurineus NA1은 꽤 독특한 녀석입니다. 특히 위에서 나와 있는대로 hydrogenase gene 클러스터가 많아서 수소 생산능력이 다른 것들에 비해 좀 더 뛰어나지 않은가 여겨지고 있습니다. 

미국의 저희 실험실에서도 hydrogenase라는 녀석이 워낙 발현이 안되어서 대장균에서 활성형으로 발현만 되면 대박이라고 했었는데 과연 앞으로 어떤 방향으로 연구가 진행되어 나갈지 나름 흥미진진합니다.

올해의 극한미생물 관련 학회들

올해 열리는 극한미생물 관련 학회는 두가지 입니다. 하나는 중국 베이징에서 열리는 Thermophiles 2009 meeting이구요. 다른 하나는 Gordon Research Conference (GRC)의 Archara meeting입니다.

아직 Thermopiles 2009 meeting은 프로그램이 확정되지는 않은 것 같습니다. 홈페이지는 만들어졌군요. 기간은 8월 16일에서 21일까지이고 주제는 예년과 비슷하게 

- Evolution and the origin of life 

- Diversity and ecology 

- Genomics and metagenomics 

- Genetic mechanisms 

- Physiology and metabolism 

- Environmental adaptations 

- Mobile genetic elements - Applications

등입니다. mobile genetic elements 분야는 좀 생소하군요. 

GRC Archaea meeting(정식명칭은 Archaea: Ecology, Metabolism & Molecular Biology)은 사실 한국 연구자들에게 좀 생소하지만 사실 아키아를 연구하는 사람들에게는 매우 중요한 미팅이고 파이오니아적인 연구보고가 많이 되는 미팅입니다. 올해의 chair는 Julie Maupin-Furlow와 Bettina Siebers 이고 Vice Chairs는 Kenneth M. Stedman과 Haruyuki Atomi 라고 합니다. 기간은 7월 26일에서 31일인데 Thermophiles 2009 미팅이랑 너무 붙어있네요. Thermophiles 2009 meeting 흥행에 약간 영향을 주지 않을까 싶습니다. 사실 양쪽에 모두 걸려있는 사람들이 많거든요. (특히 저의 ex-boss) 연구 발표 주제는,

systems biology and genome function

ecology and diversity of archaea and their viruses

enzyme structure and function

transcription and gene regulation

translation and post-transcriptional modification

physiology and regulation of metabolism

extremophiles and biotechnology applications

replication, repair and recombination

evolution and the tree of life

등이라고 하네요. Systems biology는 확실히 대세인가 봅니다. 프로그램의 대체적인 윤곽은 나왔으니까 참고해보셔도 되겠습니다. 

저는 어디에 가야 할까요? (갈 수는 있을런지...) 

  

세계기록이 깨졌군요, 122도에서 자라는 Methanopyrus kandleri

이번 주엔 부산 벡스코에서 열리는 The 8th Asia-Pacific Marine Biotechnology Conference에 참석하고 있는데요. Frank T. Robb 박사의 기조강연을 듣다보니 몇 달 전에 일본 그룹에 의해서 최고온에서 자라는 미생물이 바뀌었다는 겁니다. 과거에는 UMASS의 데렉 러블리 교수팀의 strain 121이었는데, 122도에서 자라는 hyperthermophilic methanogen Methanopyrus kandleri strain 116 이 그 자리를 빼았았더군요.

Cell proliferation at 122°C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation (PNAS 2008, 105(31):10949)

홋카이도 대학하고 호리코시 선생팀이 함께 발표한 이 논문은 재미있게도 piezohile (과거엔 barophiles)이라는 겁니다. 압력이 높은 곳에서 잘 자라는 호압성 미생물이라는 것이죠. 그래서 압력에 따라 최적으로 자라는 온도가 바뀌는데, 0.4MPa의 압력에서는 116도 까지 자라지만 20MPa의 압력에서는 122도에도 자랄 수 있다고 합니다.

아래 그림을 보시면 기존의 strain 121과 비교해놓은 것을 볼 수 있습니다. 사실 121도나 122도나 비슷하지 않은가 싶기도 하지만 아무튼 세계기록은 기록인 셈입니다. 게자다 strain 121은 제대로 동정도 안되어서 사람들이 좀 못미더워하기도 했지요. 게다가 Lovley 박사를 약간 이쪽 방면에서는 색안경끼고 보는 사람도 있구요.

PNAS 2008, 105(31):10949

아무튼 이렇게 계속 새로운 극한미생물들이 나오고 있으니, 과연 그 한계는 어디까지일지 궁금해지는군요.

Extremophiles 2008 국제 극한 미생물 학회 참관기

지난 달 남아공 케이프타운에서 열린 국제극한미생물학회 참관기가 BRIC에 실렸습니다. 급하게 쓰느라고 정신이 없었지만 나름 정리도 되고 좋네요.^^

Extremophiles 2008 국제 극한 미생물 학회 참관기 (BioWave Vol. 10 No. 16)

(전체 내용은 우상단의 pdf 화일로 보시면 됩니다.)

1장 4절 극한미생물 연구 단체 및 학회들

4. 극한미생물 연구 단체 및 학회들

4.1. 학술 단체 및 저널

현재 극한미생물학에 관련된 학술 단체는 가장 대표적인 국제극한미생물학회 (ISE, The International Society for Extremophiles)를 들 수 있다. 1996년 포르투갈에서 첫번째 극한미생물 컨퍼런스를 개최한 것을 계기로 1997년 극한미생물을 연구하는 학자들이 모여 저널 "Extremophiles"을 창간하였다.

그리고 그 에디터들을 중심으로 2002년 학회로 재구성한 단체이며 기존의 극한미생물 컨퍼런스를 이어받아 2년에 한번씩 국제 학회를 개최하여 극한미생물 연구의 중심이 되고 있다. 저널 "Extremophiles"의 편집장이었던 호리코시가 1대 회장을 역임하였고 현재는 가로 안트라니키안 (Garo Antranikian)이 2대 회장으로 있다.

국제극한미생물학회의 주 연구대상이 모든 극한미생물을 대상으로 한다면 아키아만을 대상으로 하는 “아키아 고든 컨퍼런스 (GRC, Gordon Research Conferences)”가 있다. 정식 명칭이 “Archaea: Ecology, Metabolism & Molecular Biology”인 이 컨퍼런스는 가장 오래전인 1984년에 Molecular Aspects Of Methanogenesis라는 이름으로 첫 모임을 시작하였고 1999년부터 격년으로 열리고 있다. GRC는 특정 주제에 맞는 소규모 전문 학술모임을 지원하는 단체인데 격년제로 열리는 아키아 미팅은 가장 선진적인 연구만을 발표하는 공간이다. 2002년에는 이들을 중심으로 아키아만을 대상으로 하는 과학 저널 [Archaea]가 창간되었다.

고온균에 관한 연구만을 위한 국제적인 연구모임으로 “Thermophiles” 미팅이 있다. 이 컨퍼런스는 1990년 이탈리아에서 시작되어 극한미생물에 관한 학술모임으로는 가장 오랜 역사를 가지고 있으며 2007년 노르웨이에서 9번째 모임을 가진다. 다른 학회와 달리 고온균의 생태, 대사, 분자생물학, 효소 등에 관한 다양한 연구발표를 하고 있다.

2009년엔 중국 베이징에서 열린다.

4.2. 연구 기관

2004년일본해양연구개발기구 (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology)로 이름을 바꾼 일본의 JAMSTEC (Japan Marine Science and Technology Center, 일본해양과학기술센터)은 극한미생물뿐만이 아니라 해양에 관련된 다양한 연구를 하는 기관으로 잠수탐사선 및 무인탐사기와 같은 심해저 탐사장비의 개발은 물론 이를 이용하여 심해저속의 극한생물에 관한 연구를 수행하고 있다. 그 산하의 극한환경생물권연구센터가 극한미생물 연구를 주도하는 기관인데 그 센터의 소장이 호리코시 박사이며 2001년부터 새롭게 DeepStar 프로젝트를 통해 심해저에 생육하는 극한미생물의 탐색에 관한 연구를 수행하고 있으며 최근에는 호압균 (piezophiles 또는 barophiles) 연구에 선도적인 역할을 하고 있다. 

국내에서는 몇몇 연구자들이 극한미생물 및 그 효소의 응용성에 대한 연구를 하면서 시작되었으나 본격적인 극한미생물에 관한 관심은 1996년 여름 연세대 생물산업소재연구센터 (BRC, Bioproducts Research Center) 주관으로 <특수환경 미생물의 탐색 및 응용> 심포지움을 개최하면서 시작되었다. 이후 연세대 생물산업소재연구센터의 변유량 교수팀은 국제극한미생물학회의 임원진인 독일의 안트라니키안 교수 및 일본의 오시마 교수등과 협력하여 국내 온천 및 인도네시아 지역등에서 고온균 및 초고온균의 분리, 동정, 그 유전자원 및 효소의 응용에 관한 연구를 수행하고 있다. 이 외에도 한국생명공학연구원의 성문희 박사팀은 퇴비에서 자라는 고온성 공생세균 Symbiobacterium toebii 에 관한 연구를 진행하여 유전체 분석을 마친 상태이고 서울대 박관화 교수팀은 고온성 효소에 관한 연구를 활발히 진행중에 있다.

최근에는 해양수산부에서 주관하는 '마린바이오21사업'의 일환으로 한국해양연구원에 "해양,극한생물 분자유전체 연구단"을 설립하여 해양 생물자원 및 유전체 자원의 통합적인 관리와 활용, 해양생명공학 산업의 활성화를 위한 연구에 매진하고 있으며 초고온성 아키아 Thermococcus sp. NA1 의 유전체분석 연구를 수행중에 있다.