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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 송요셉
논문 Yoseb Song*, Jongoh Shin, Yujin Jeong, Sangrak Jin, Jung-Kul Lee, Dong Rip Kim, Sun Chang Kim, Suhyung Cho, and Byung-Kwan Cho (2017) Determination of Genome and Primary Transcriptome of Syngas Fermenting Eubacterium limosum ATCC 8486. Scientific Reports, 7:13694
한줄요약 유전체 분석 및 전사 시작점 분석을 통해 이산화탄소 고정 미생물의 탄소 고정 대사경로 기작 규명

인터뷰 




1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요.


  화석연료는 에너지 연료로만 사용되는 것이 아니고, 정유시 발생하는 석유화학제품도 제약, 섬유 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 화석연료 고갈 문제 및 사용시 발생하는 환경문제를 해결하기 위해서 이러한 화합물을 화학적으로 합성하는 연구가 관심을 받고 있습니다. 하지만 화학 촉매를 사용하여 화합물을 합성하는 과정에 발생하는 환경 오염물질과 촉매 재활용 불가 문제가 해결하지 못하고 있는 큰 한계점 입니다. 이러한 문제를 가지고 있지 않은 대안 기술 중, 생물학적 접근을 통해 이산화탄소를 원하는 화합물로 전환시키는 기술이 있습니다. 해당 방법은 이산화탄소가 존재하는 한 끊임없이 다른 화합물로 변환 가능하고 도입 유전자 구성에 따라서 다양한 물질 생산이 가능합니다.

  물론 생물학적 접근으로 이산화탄소를 목표 화합물로 전환하는 것에도 많은 한계점이 존재합니다. 첫 번째는 이산화탄소 고정 미생물의 유전자 정보가 부족합니다. 두번째는 해당 미생물의 전사 및 번역 정보 관련 연구가 미미 합니다. 세번째는 필요 경우 대사경로를 편집해서 효율을 증대 해야하는 데 유전체 편집 기술 개발이 쉽지 않습니다. 그래서 제 목표는 이산화탄소 고정 가능한 미생물의 유전체 및 전사체 기작을 이해하는 것이고 이번 논문은 그중 하나에 대한 것입니다.


  본 연구에서는 이산화탄소 고정 미생물 Eubacterium limosum의 이산화탄소 고정 기작을 이해하기 유전체를 완전 구축했습니다. 구축한 유전체 정보를 기존에 알려진 모든 이산화탄소 고정 미생물과 pan-genome 분석을 하였고, 결과 핵심 대사 경로인 Wood-Ljungdahl pathway oxidoreductase complex관련 유전자 숫자와 구조에 차이가 존재하는 것을 발견했습니다. 예를 들어 Wood-Ljungdahl pathway를 구성하는 operonE. limosum에는 두개가 존재를 하는 데 이는 다른 미생물 보다 많은 숫자입니다. 또한 해당 미생물이 operon하나를 가진 미생물보다 압도적인 성장 속도를 보입니다. 진화과정에서 operon 숫자 차이가 생긴 것이라 추측되며, 유전자 구조가 다른 미생물과 차이가 있어 대사경로 효율 차이가 존재 하는 것으로 생각됩니다.


  추가적으로 유전자 구조에 따른 전사체 차이와 전사 과정에서 존재하는 조절을 분석하기 위해 E. limosum의 전사시작점을 유전체 수준에서 규명했습니다. E. limosum의 유전체에는 총 1,458개에 전사 시작점이 존재를 하며 이 중 93개는 sRNA인 것을 확인 하였습니다. 흥미롭게 이산화탄소 고정에 첫 단계인 formate dehydrogenase 유전자 전사시작점에 tungstein 반응하는 sRNA가 위치하며 tungstein 존재 여부에 따른 전사 발현 조절 가능성을 발견했습니다. Tungstein은 이산화탄소 고정 단계에 필수적인 물질입니다. 따라서 Tunstein 존재 여부에 따라 formate dehydrogenase의 작용을 조절하여 성장 과정에서의 에너지 낭비를 방지하는 것으로 예상됩니다. 또한 이산화탄소 고정 대사경로 관련 유전자들은 house keeping sigma factor에 의해서 전사가 조절되는 것이 확인 되었습니다.


  위에서 언급한 것 같이, Eubacterium limosum ATCC 8486 유전체 구축과 이산화탄소 고정 단계에서 전사시작점 규명을 통해 전사 regulation 기작을 찾은 첫 보고이며, 이와 같은 정보는 추후 유전체 편집을 통해 화합물 생산하기에 유용한 정보가 될 것입니다.


2. 연구과정에서 있었던 에피소드를 소개해 주세요.

 

  연구에 사용하는 미생물은 혐기성 미생물입니다. 혐기성 미생물도 여러가지로 나뉘는데, E. limosum같은 경우 절대 혐기성 미생물로 산소에 조금만 노출되어도 생장이 불가능합니다. 따라서 미생물 배양에 성공하는 데만 2년 이상이 걸렸습니다. 대학원 2년차 가을에 처음으로 배양을 성공하고 신나서 한 턱을 냈던 기억이 납니다. 물론 그 이후가 더 힘들었지만, 제일 기억에 남는 에피소드 입니다.


3. 연구를 통해 얻은 지혜를 후배들에게 들려주세요.


  주위 사람과 discussion을 활발히 하는게 중요한 것 같습니다. 저는 운이 좋게도 실험실 초창기 대학원생 중 한명이였습니다. 그래서 교수님과 많은 discussion을 한 것이 큰 도움이 되었습니다. 개개인에 따라 다르겠지만 저는 교수님과 이야기를 하면서 많이 발전한 것 같네요. 선후배, 동료 연구자들, 교수님과 소통을 활발하게 하는게 좋은 것 같습니다.


4. 나는 왜 명과학자가 되었는가?


  좋아서 하고 있습니다.



5. 다른 하고 싶은 이야기


  저는 한번도 제가 똑똑해서 연구를 하고 있다고 생각한 적이 없습니다. 다행스럽게도 좋은 사람들 만나서 도움 받으면서 하루 하루 성장해가고 있다고 생각 합니다. 이 인터뷰를 누가 읽을 지는 잘 모르겠지만, 저와 같이 연구를 하고, discussion을 해주고, 시간을 같이 보내주신 분들에게 한번도 못했던 감사하다는 말 전하고 싶네요. 지도해 주신 조병관 교수님 감사합니다.





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