- 해양 · 극한미생물의 물질 대사 경로의 규명과 관련 효소의 생리학적 및 생화학적 특성 연구
1) Sulfolobus acidocaldarius 발현 시스템 구축
고세균의 연구는 생명체의 기원에서 생물들이 어떻게 진화하여 왔는지에 대한 연구에 중요한 자료를 제공한다 . 본 연구실에서는 고온내산성 고세균인 Sulfolobus acidocadarius 의 유전자 조작 기술을 위한 tool 개발을 수행하고 있다 . Knock-out 시스템 개발 및 항시발현 및 유도발현을 위한 시스템 개발과 벡터시스템 구축 연구를 수행하고 있다 .
< S. acidocaldarius genetic tools 의 개발 >
2) Sulfolobus acidocadarius 탄수화물 및 당 대사 연구
본 연구실은 생명체 초기 단계의 환경과 유사한 극한 환경(낮은 pH와 높은 온도)에 서식하는 고세균인 S. acidocadarius 의 탄수화물 대사와 관련하여 물질 수송, 대사 경로의 특성을 규명하고자 한다. 트레할로스를 이용한 삼투압 유지, 전분과 글리코겐의 수송 및 대사, 오탄당과 육탄당의 수송 및 대사를 통한 생장 기작 연구를 진행했다. 특히 글리코겐은 대부분의 생명체에서 축적되고 이용되는 주요 다당류로서 에너지 저장 외에도 다양한 기능을 수행한다. 본 연구실에서는 S. acidocadarius 의 글리코겐 대사와 관련된 유전자군을 규명하고, 글리코겐의 대사가 에너지 저장 외에도 주위 환경의 변화에 대응하는 역할을 함을 밝혀냈다. 그 중 다수의 생명체의 글리코겐 대사 관련 유전자군에는 포함되지 않는 유전자가 오페론 내에 존재함을 확인하고, 이 효소가 S. acidocadarius 가 속한 Crenarchaeota에서 보편적으로 발견되는 유전자임을 확인했다. 현재 이 효소의 글리코겐 대사 중 역할을 규명하고 고세균의 글리코겐 대사 과정을 진화적 관점에서 규명하고자 한다.
< S. acidocaldarius 의 전분 분해 경로 규명 >
< S. acidocaldarius 의 글리코겐 대사 경로 규명 >
3) 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 이용 연구
본 연구실은 목질계 바이오매스 중 농업 부산물을 활용하는 균주 개발을 위해 S. acidocaldarius를 유전적으로 개량하고 있다. S. acidocaldarius는 오탄당 및 육탄당의 동시 대사가 가능하단 점에서 목질계 바이오매스 활용에 이점을 가진다. 추후 개량 균주를 이용하여 고부가가치 산물을 생산하기 위해 우선적으로 바이오매스를 탄소원으로 이용하여 효율적으로 생장하는 균주로 개량을 위해 외래 유전자를 도입하여 발현하는 시스템을 적용, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 이용하는 균주를 만들고자 한다. 현재 헤미셀룰로오스를 효율적으로 이용하는 균주가 개발되었으며 효소 발굴 및 개량을 통해 셀룰로오스 이용 효율을 증가시키는 연구를 진행 중에 있다.
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4) 빈산소 지역 해양극한미생물 자원 발굴 및 활용 연구
지구상의 생물종의 약 80%를 차지하는 해양생물에 대한 생태학적 연구 및 이를 활용한 산업화 연구는 미진한 상태이다. 본 연구실은 해양의 극한환경 미생물들의 분포와 미생물들의 분리 연구 및 이들 사이의 상호작용에 대한 연구를 수행하고 있다. 현재 연안해역의 수층 및 퇴적층에 존재하는 빈산소 수괴의 박테리아와 플랑크톤 군집 변화에 대한 연구와 유해 조류의 발생에 관한 연구를 수행하고 있다 (공동연구: 부산대학교 해양환경연구실).
<우점 박테리아와 플랑크톤 종 사이의 상관분석>