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정윤주

Brigham & Women's Hospital, Harvard Medical School, (현) 경희대학교

특발성 폐 섬유증은 알 수 없는 원인으로 폐가 서서히 굳어가며 사망에 이르는 법으로, 현재 승인된 표적 치료제가 없이 증상의 진행을 늦추는 약 또는 이식 수술만 가능한 질병입니다. 폐 섬유증은 질병 환경에서 활성화된 섬유아세포(fibroblast)에서 콜라겐 등 세포외 기질이 과다하게 분비되어 주변 조직을 딱딱하게 만들며 진행되지만, 왜 이런 현상이 일어나는지에 대한 작용 기전이 완전히 밝혀져있지 않습니다.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA
2024.12.17

방영학

성균관대학교 삼성서울병원

담도암은 국내에서 발생률이 9위에 해당하는 중요한 질환으로, 면역항암제가 도입되었으나 그 효과에 대한 의문이 제기되어 왔고, 치료 예측 바이오마커 역시 부재한 상황이었습니다. 폐암에서 인공지능 기반 병리 슬라이드 이미지분석 모델인 루닛 스코프 IO를 활용해? 종양 침윤 림프구의 공간분포를 기반으로 면역활성형, 면역 회피형 또는 면역 결핍형으로 나누고 (그림 1), 면역활성형의 경우 다른 그룹에 비해 면역항암제에 반응이 좋았다는 발표 결과에 착안해, 이를 담도암에 적용해보면 좋을 것이라는 생각을 하게 되었습니다.

Clin. Cancer Res.
2024.09.06

정현우

Max-Planck-Institute for Molecular Biomedicine

한 여성이 난민 신분으로 제3국에 정착한지 무려 16개월 만에 출산을 하였는데, 놀랍게도 내전 중에 이미 사별한 남편의 아이였습니다. 이런 일이 정말로 가능할까요? 만약 그렇다면 이 여성과 태아에게는 과연 무슨 일이 있었던 걸까요? 사실 사람 외의 다른 포유류에서는 비슷한 현상들이 꽤 빈번히 관찰됩니다. 생쥐가 출산 직후에 짝짓기를 하는 경우, 새끼들이 젖을 먹는 기간만큼 그 다음 임신 기간이 늘어난다는 것은 이미 잘 알려져 있습니다.

Cell Stem Cell
2024.07.26

강준호

KAIST

최근 단일 세포 전사체 데이터가 많이 축적되면서 여러 데이터를 활용한 아틀라스 연구들이 생겨나기 시작했습니다. 여러 암종 사이의 차이점과 공통점에 대해서는 기존에 보고된 적이 있었으나, 여러 암과 정상 조직 생태계의 차이점에 대해 보고된 연구는 없었습니다. 이에 저희 연구진은 여러 암과 정상 조직 생태계를 구성하는 세포 상태들을 체계적으로 분석하고자 약 1,000개의 암 환자 조직 샘플...

Nat. Commun.
2024.05.27

전용근

서울대학교

베이지(beige)지방세포는 매우 재미있는 세포입니다. 백색지방세포와는 확실히 다르고, 갈색지방세포와 비슷하지만, 그렇다고 같은 세포는 분명 아닙니다. 베이지지방세포의 전구세포가 무엇인지, 분자적 성질은 어떤지, 또 사람에 있는 열생성지방세포가 갈색지방세포인지 베이지지방세포인지에 대해서는 알다가도 모르는 것들이 더 많아보입니다.

Nat. Commun.
2024.02.13

이한송

부산대학교 의과대학

두경부암은 목과 코, 입, 후두 등에서 시작되는 암으로, 흡연, 음주, 생활습관 등의 여러 요인과 관련되어 있습니다. 그 중 인유두종 바이러스(human papilloma virus, HPV)는 두경부암에서 지속적으로 증가하는 위험 요인이 되고 있으며, 또한 전이는 환자의 사망률에 직접적인 영향을 미치기 때문에 반드시 고려되어야 할 요소입니다.

J. Med. Virol.
2024.01.24

최태용

한국뇌연구원

사람을 포함한 사회성 동물들은 집단을 이뤄 생활하며, 그 안에서 상호 교류하기도 하고 경쟁을 하기도 합니다. 경쟁은 음식, 공간 등 제한된 자원 때문에 발생하고, 그 결과 개체들 사이에 서열이 형성됩니다. 동물이 다른 개체를 좋아하는 것뿐만 아니라 경쟁심을 느끼는 것 역시 환경의 영향을 강하게 받지만 본능에 가까운 행동이라는 생각이 듭니다. 이것이 가장 확대된 것이 전 세계를 전쟁의 공포로 몰아넣은 최근의 러시아-우크라이나 전쟁, 이스라엘-팔레스타인 분쟁이 아닐까 싶습니다.

Neuron
2023.12.15

이한송

부산대학교 의과대학

인체에 있어 면역은, 몸을 보호하는 긍정적일 역할을 하기도 하지만 그 역할이 지나치거나 지속되면 몸을 망치기도 하는 양면성을 띤 체내 반응입니다. 후자의 반응처럼, 면역이 만성적으로 유지될 때 발생하는 질환을 만성 염증성 질환이라고 합니다. 저는 만성 염증성 질환 중, 성인의 상당 수가 앓고 있는 치주염에 대해 연구를 하였습니다.

Clin. Transl. Med.
2023.12.15

김효빈

Cedars-Sinai Medical Center

최근 공간 전사체 기술의 발전은 조직 내에서 세포와 이웃하는 세포의 전사 활동을 함께 연구하는 것을 가능하게 함으로서, 세포의 미세환경이 어떤 역할을 하는지 알아내는 데 새로운 가능성을 열었습니다. 공간 전사체 데이터는 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. MERFISH 및 seqFISH와 같은 이미지 기반 접근법은 fluorescence in situ hybridization (FISH)을 사용하여 관심있는 유전자들의 발현을 시각화합니다.

Mol. Syst. Biol.
2023.11.21

정진규

Weill Cornell Medicine

저는 사람의 생활 방식이나 감염, 혹은 질병 같은 외부 환경이 일으킨 세포 단위의 후성유전학적인 변화가 사람의 면역 반응을 어떻게 변화시키는지에 관심이 있습니다. 1900년대부터 BCG 접종 관련 역학조사에서 BCG 접종이 결핵과는 무관한 감염질환에 의한 사망률을 줄인다는 보고가 있었습니다.

Cell
2023.08.24

오태환

한국생명공학연구원

코로나바이러스감염증은 지난 3년 동안 보건 분야뿐 아니라 경제, 문화, 사회적으로 전세계에 큰 피해를 끼쳤습니다. 백신 개발과 보급으로 공중보건 비상사태는 사실상 종식되었지만, 여전히 바이러스 변이주와 재감염에 대한 위협은 남아 있습니다. 코로바이러스 변이주에 대한 폐내 면역 기전을 규명한 이 연구는 영장류 감염 모델에 최근 각광받는 ‘공간전사체학’ 분석기법을 도입한 연구입니다.

J. Med. Virol.
2023.07.13

김의정

경희대학교

화분관이 암술대를 지나 난세포까지 안정적으로 길어지는 것은 성공적인 수정을 위해 필수입니다. 화분관 팁은 세포벽이 새로 생김과 동시에 적당히 견고해져야 팽압을 견딜 수 있기 때문에 매우 빠른 단백질 수송 및 정교한 신호전달을 필요로 합니다. Rapid alkalinization factors (RALF)는 5kDa 정도의 작은 펩타이드로 Receptor-Like Kinase 수용체에 결합하는

J. Integr. Plant Biol.
2023.06.20

최지혜

아주대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 단일세포 유전체 연구는 세포 단위로 유전체 발현량을 측정할 수 있는 최신 기술을 통해 대상 조직 내의 세포 유형들을 파악하고 그들 간의 상호작용을 밝힐 수 있어 전 세계적으로 활발하게 연구되고 있는 분야입니다. 이를 활용하여 본 연구에서는 두경부암의 발달과정 (정상, 백반증, 원발암, 전이암)에 따라 단일세포 전사체 프로파일링을 진행하여 암 조직과 주변 섬유아세포, 면역세포들 간의 상호작용을 추적관찰 하였으며, 특히 전암병변인 백반증에서 원발암으로 암진행에 관련된 핵심 유전자를 발굴하여 제시하였습니다. 또한, 일부 환자에서 전암병변의 복제 수 변이 (CNA, copy number alteration) 패턴이 원발암 조직과 유사한 패턴을 가지고 있음을 관찰함에 따라 단일세포 분석을 통해 carcinoma in situ 세포 또한 정밀하게 관찰할 수 있음을 제시하였습니다. 본 연구는 아주대학교 이비인후과 김철호 교수님 연구팀과의 중개연구로 당시 보편화 되지 않았던 단일세포 시퀀싱 기술을 국내에서 선도적으로 적용한 도전적인 연구였습니다. 이러한 연구에 참여하게 되어 기뻤고, 훌륭한 공동연구진과 함께 장시간 고생하였는데 두경부암의 주요한 발생기전을 밝히는 좋은 연구 결과를 얻을 수 있게 되어 보람되고 감사하였습니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. 아주대학교 의과대학 생리학교실 소속으로 우현구 교수님의 시스템의학 연구실에서 생물정보 분석연구를 하고 있습니다. 저희 연구팀은 다양한 질병과 암을 대상으로 유전체기반 생물정보분석과 실험 연구를 융합하는 연구를 수행하는 팀입니다. 주로 암 환자 대상 유전체 연구를 활발하게 진행하고 있으며 관련하여 단일세포, 약물유전체, 딥러닝 등의 분석 및 실험적 다양한 플랫폼들을 활용하여 질병의 기전규명과 치료 타겟을 발굴하고 검증하기 위한 노력을 하고 있습니다. 3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 생물정보학 연구 분야는 관련 기반기술이 혁신적이고 빠르게 발전하는 분야 중 하나인 것 같습니다. 처음 생물정보분야 공부를 시작했을 때만 해도 Microarray 기반 데이터가 일반적인 플랫폼이었는데, 금세 시퀀싱 기반으로 트랜드가 변화하였고 현재는 단일세포 수준으로 유

Nat. Commun.
2023.03.27

박정빈

서울대학교 융합과학기술대학원

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 1) 논문 소개 최근 COVID-19 전염병의 등장과 함께 나노 약제가 대중들에게도 많이 알려질 수 있었습니다. 그런데 약물 전달체로서의 나노 약제는 꽤 오래 전부터 연구가 되었고, 실제로 1995년 doxorubicin을 담지한 PEGylated liposome인 Doxil이 나노약제로서 최초로 FDA에 승인받은 바 있습니다. 혈중 나노 약제는 염증성 병변이나 암 조직에 많이 섭취되는데, 이를 enhanced permeability and retention (EPR) 효과라고 합니다. 학계는 뚜렷한 검증 없이 이 효과를 성긴 혈관의 투과성으로 인한 수동적 섭취로 이해해 왔습니다. 하지만 이 가설을 기반으로 한 약물 타겟팅 전략이 성공적이지 않았고, 최근 많은 연구에서도 수동적 섭취보다는 능동적 섭취를 지지하는 증거들이 보고됐습니다. 따라서 치료용 나노 플랫폼을 주력으로 개발해 온 저희 연구실에서는 어떤 기전이 EPR에 관여하는지가 중요한 이슈로 여겨졌습니다. 예전이었다면, IHC나 RT-PCR 등의 단일 마커 기반 실험기법을 주로 고려했을 것 같습니다. 하지만 이 방법은 많은 마커를 동일한 배치 안에서 비교해볼 수 없다는 단점이 있어서, 저희 연구팀은 차세대 시퀀싱 기술(next-generation sequencing, NGS)을 도입하기로 하였습니다. 그 중에서도 특히 2020년 Nature Methods에서 올해의 기술로 선정된 공간전사체(spatial transcriptomics, ST) 기술을 도입하기로 하였고, 이를 통해 공간적으로 구획된 각 지점에서 수만 개의 유전자 발현 정보를 얻을 수 있었습니다. 저희 팀은 마우스 유래 4T1 종양세포를 Balb/c 마우스의 오른쪽 넓적다리에 심어 종양 모델을 만들었고, 형광 리포좀을 정맥 주사하였습니다. 그 뒤 고형암 조직을 얻어 형광 이미지와 공간전사체 라이브러리를 획득하였습니다. 공간전사체에는 이미지 기반 방식과 스팟 기반 방식이 있지만 아직은 스팟 기반 방식 중 하나인 10x Genomics visium 프로토콜이 높은 시장 점유율을 가지고 있어서, 저희는 이 프로토콜을 도입하기로 하였습니다. 저희는 SPADE 알고리즘을 통해 형광 이미지를 공간전사체 스팟에 맵핑하였고, CellDART 알고리즘을 통해 공간전사체 각 스팟에 여러 마우스 셀 타입의 비율을 표시하였으며, image-based clustering 알고리즘을 통해 형광 질감을 이용하여 형광 이미지에서 여러 영역을

Small Methods
2022.10.11

배성우

서울대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 조직을 구성하는 세포는 단독으로 행동하지 않으며, 인접한 세포와 접촉하여 혹은 다양한 리간드의 수용체 결합을 통해서 상호작용을 합니다. 이때 세포의 공간적인 위치에 따라서 세포와 세포의 공간적인 상호작용이 변화할 수 있습니다. 따라서, 조직 내에서 세포의 공간 구성을 알아내는 것이 조직 내에서 세포의 역할을 이해하는 데에 중요한 열쇠가 되겠습니다. 공간 전사체 방법을 이용한다면 넓은 조직의 영역에서 여러 세포들이 어떻게 분포하고 상호작용을 하는지 총체적으로 이해하는 데에 도움이 되겠습니다. 바코드 기반의 공간 전사체 방법은 조직의 각 위치에서 유전자 전장에 걸친 RNA 발현을 스크리닝할 수 있는 도구입니다. 공간 전사체 데이터를 해석하면 어떤 유전자가 지역에 따라, 상태에 따라 다른 발현 패턴을 보이는지, 그 차이가 어떤 기능과 연관되어 있는지를 탐색할 수 있습니다. 하지만, 공간 전사체 데이터는 조직의 영역을 스팟이라는 임의의 단위로 구분하여 유전자 발현을 조사하기 때문에 세포 단위의 유전자 발현을 직접적으로 알 수 없습니다. 스팟 하나에 여러 개의 세포 혹은 그 일부가 포함되어 있으며 조직 위치에 따라서도 세포의 밀도가 상이합니다. 이에 연구자들은 세포 단위로 RNA 발현을 조사한 단일 세포 전사체 데이터를 공간 전사체 데이터와 통합하여 세포의 공간 조성을 추정하는 모델을 제시하였습니다. 저희 연구팀에서는 세포의 공간 분포를 추정하는 문제를 다른 관점에서 접근해보기로 하였습니다. 단일 세포 전사체와 공간 전사체 데이터는 유전자 발현 관점에서 다른 도메인에 위치한 데이터로 간주할 수 있습니다. 적대적 도메인 적응 방법을 이용한다면, 두 데이터를 구별할 수 없는 최적의 공간으로 옮겨 단일 세포 전사체에서의 세포 유형 정보를 공간 전사체로 옮길 수 있겠습니다. 우선, 단일 세포 전사체와 공간 전사체가 설명하는 세포 유형이 유사하다는 가정을 바탕으로 하여 단일 세포 전사체 데이터에서 세포를 무작위로 골라내 세포 혼합물을 구성하였습니다. 가상의 세포 혼합물로부터 세포 비율을 추정하는 정답이 있는 딥러닝 모델을 학습한 후에 적대적 학습을 통해 세포 혼합물과 공간 전사체 스팟을 구별할 수 없도록 모델을 변화시켰습니다. 이로써 공간 전사체 스팟에서도

Nucleic Acids Res.
2022.04.18

전용근

서울대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 내장지방은 피하지방보다 더 나쁜 지방으로 알려져 있습니다. 그 원인으로서 고열량식이 시 내장지방은 피하지방보다 더 빠르게 축적되고, 염증반응이 높으며, 섬유화가 잘 일어날 뿐 아니라, 에너지를 태우는 열생성능이 낮습니다. 하지만 두 지방조직이 다른 근원적 이유는 잘 알려지지 않았습니다. 저희는 POSTECH 김종경 교수님 연구진의 훌륭한 생물정보학 분석을 종합하여 내장지방 또는 피하지방조직에만 존재하는 줄기세포 아집단이 두 지방조직의 특성을 결정한다는 것을 규명하였습니다. 최근 개발된 단세포전사체(single cell RNA sequencing)는 지방조직 내 줄기세포가 단일한 집단이 아닌 서로 다른 특성을 지닌 이질적 집단임을 밝혀냈습니다. 또한 저희 연구실은 이전 연구에서 줄기세포가 염증반응에 중요한 역할을 수행한다는 것을 규명하였습니다. 이를 바탕으로 저희 연구진은 내장지방과 피하지방의 근원적 차이에 줄기세포가 존재한다는 가설을 세우고, 이를 증명할 수 있도록 정상과 비만 상태의 내장 및 피하지방조직 줄기세포를 단세포전사체로 분석하고, 실험적으로 검증하였습니다. 지방조직은 차세대 분석기술인 단세포전사체, 단핵전사체, 공간전사체 등을 통해 획기적인 발전을 이뤄내고 있습니다. 선도적인 연구를 하는 자부심도 있었지만, 세계적으로 경쟁이 치열한 분야라서 빠르게 연구를 마무리해야 하는 압박감 또한 있었습니다. 그리고 이미 수행된 연구들과 어떤 점에서 차별화를 둘 것인지에 대해서도 많은 고민과 논의가 있었습니다. 연구 방향성과 의의에 대해서 매일 같이 공동 1저자인 남궁한, 박은서 학생과 토론하고 분석하고 실험한 것들이 기억에 많이 남습니다. 그 노력들이 논문 게재와 커버 저널 선정과 같이 좋은 결실을 맺어서 참으로 기분이 좋았습니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. 저는 서울대학교 생명과학부 김재범 교수님 연구실 ‘지방세포 구조-기능 연구단’에서 연구를 하고 있습니다. 교수님을 포함하여 15명의 열정적이고 능력 있는 분들과 논의하는 과정에서 많은 것을 배우고 좋은 아이디어를 얻는 것이 저희 실험실의 가장 큰 장점입니다. 그리고 지방세포 연구에 필요한 기기들이 연구소와 바로 옆 공동기기원에 구비가 되어 있기

Cell Metab.
2022.02.25

강문영

KAIST

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 많은 분들께는 생소하실 Nicotiana attenuata (야생담배)는 미국 서부와 남부지역의 토착 식물로 생태학 연구의 모델 식물 중 하나입니다. 식물은 다양한 대사물질(metabolite)들을 생성하는데, 그동안 야생담배에 대한 연구는 이 대사물질들이 생태계 내의 여러 생물종과 형성하는 상호작용을 밝히는 것을 중점으로 진행되어 왔습니다. 야생담배는 사막에 사는 식물이라 낮에 꽃을 피우면 뜨거운 태양열에 의해 꽃가루와 꿀이 말라버리기 때문에, 밤에 꽃을 연 뒤 타가수분을 위해 박각시나방을 포함한 여러 수분매개자들을 꽃으로 끌어들입니다. 이런 유인에 중심적인 역할을 하는 것이 벤질아세톤(benzylacetone)이라고 불리는 향기물질이라는 것이 다수 보고된 바 있습니다. 야생담배에서 Benzylacetone은 기능적 측면에서는 가장 잘 연구된 물질 중 하나이지만, 이의 생합성 경로에 대해서는 알려진 것이 상대적으로 적었습니다. 식물이 만들어내는 특정 물질의 합성경로를 밝히기 위해서 지금까지는, 해당 식물의 조직이나 시기별 RNA 시퀀싱을 진행하고 co-expression 분석을 통해 후보 유전자군을 추리거나, 기존 연구들에 의거하여 적합한 모델을 세우고 그에 맞는 homologous gene을 찾는 방법, 또는 관심 물질의 양에 변이가 있는 생태형(ecotype)들을 이용하여 GWAS나 positional cloning등을 하는 방법들이 일반적으로 사용되어 왔습니다. 기존 연구 방법들의 연장선에서, 본 연구는 식물이 생성하는 특정 물질의 생합성 경로를 밝혀내기 위해 사용되던 co-expression 분석에 수 천개의 세포별 전사체 정보를 결합하여, 대사물질을 생산하는 세포의 종류를 밝히고 더 나아가 세포내 특이적으로 발현되는 유전자들을 통해 대사물질의 생합성과 관련된 후보 유전자들을 발굴할 수 있음을 밝힌 첫번째 보고입니다. 본 연구에 사용된 야생담배 dataset에 관한 초기 연구는 현재 논문의 내용과는 거리가 멀었습니다. 분석을 진행하는 과정에서 새로운 발견을 통해 연구가 다른 가지로 뻗어나가 논문을 쓰게 된 경우이기에, 교수님과 실험실 사람들끼리 "서울로 가려다가 길이 좋아 보여서 강릉으로 갔는데 강릉 바다가 예뻤다." 고 농담 삼아 이야기하고 있습니다. 평소 대사체에 관심이 있었기에 야생담배 꽃 단일 세포 시퀀싱 데이터를 분석하는

New Phytol.
2022.02.10

조춘석

University of Michigan Medical School

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 몸속 장기들은 각기 다른 기능을 담당하는 다양한 세포군으로 이루어져있는데, 이러한 세포군의 공간적인 위치는 그들의 독특한 기능과 깊이 연관되어 있습니다. Single cell RNA-sequencing (scRNA-Seq)은 개별 세포의 발현된 RNA의 총합 (전사체, transcriptome)을 밝혀서 cell subpopulation을 분류하고 특징지을 수 있는 좋은 분석법이지만, 분석과정 중 single cell isolation을 위해 필수적으로 해야 하는 tissue dissociation을 거치면서 spatial location에 대한 정보는 잃어버리게 됩니다. paracrine같은 세포간의 신호전달과 세포간 상호작용에 필수적인 spatial information을 잃어버림으로 장기나 조직의 기능을 세포수준에서 완전히 이해하지 못하게 됩니다. 공간전사체학 (spatial transcriptomics)은 scRNA-seq으로 확인한 mRNA프로파일을 통해 여러 세포군을 식별하고, 이것들의 위치를 2차원 조직 위에 물리적으로 지정하는 분석방법입니다. 먼저 슬라이드 위에 Spatial information을 얻기 위해 이미 알고 있는 특정 조합의 염기서열 (위치바코드, spatial barcode)을 지닌 mRNA-capturing probe를 심고, 여기에 분석할 조직을 올린 후 조직의 mRNA들을 probe에 상보적으로 결합시킵니다. 이후 reverse transcription과 여러 번의 PCR을 통해, 이 mRNA의 cDNA library를 합성/증폭하고, RNA-sequencing을 통해 전체 RNA transcript를 얻은 후, spatial barcode 정보로 조직위의 위치를 확인하게 되면 2차원적 조직에서 어떠한 세포들이 어떠한 mRNA를 가지고 있는지 알게 됩니다. 이러한 spatial barcoding을 위해 현재 microprinting, microbeads, microfluidic devices의 방법을 쓰고 있지만 기술적인 한계로 인해 해상도가 낮은 문제가 있습니다. 많이 쓰는 10X Genomics의 VISIUM의 경우 100micron이나 되고, 이후 계속해서 Slide-Seq, HDST, DBiT-Seq 등의 좋은 방법들이 개발되고 있지만, 여전히 해상도는 낮은 편입니다. 이러한 해상도 문제를 해결하기 위해 저희가 개발한 Sequence-Scope (Seq-Scope) 방법은, 이미 Next-Generation Sequencing을 위해 상용화된 illumina sequencing platform을 이용해 random barcode oligomer를 solid-phase amplification을 통해 증폭하여 cluster를 만들기에 이것들의 간격이 0.5~0.8micron

Cell
2021.06.25

이남일

KAIST

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 현재 전세계 항생제의 약 70% 이상은 토양미생물인 방선균으로부터 생산됩니다. 방선균은 자연생태에서는 한 종당 다양한 생리 활성을 가지는 30~50여가지의 이차대사물질을 생산하고 있지만, 실험실 배양 환경에서는 대다수의 이차대사물질 생합성이 억제 되어 있습니다. 방선균의 이차대사산물들 중 절반 이상이 아직 구조와 효과가 밝혀지지 않았기에, 억제된 생합성을 촉진하여 신규 항암제 또는 항생제를 발굴하고자 하는 노력이 계속되어 오고 있습니다. 특히 모든 항생제에 대하여 내성을 가지는 슈퍼박테리아의 창궐로 방선균을 이용한 새로운 타입의 항생제 개발에 대한 국내외 관심이 커지고 있습니다. 공생배양은 방선균과 토양에서 공생하고 있는 미생물을 같이 배양함으로써 자연생태를 모방하여 방선균의 비활성화 이차대사산물 생산을 유도하는 대표적인 방법 중 하나입니다. 하지만 미생물 상호작용의 복잡성 때문에, 아직까지 미생물 간 어떤 상호작용이 이차대사산물 생합성을 촉진하는지 그 기작을 밝힌 보고는 없습니다. 본 연구진은 공생배양 동안에 미생물간 상호작용을 연구하여 방선균의 이차대사산물 생산 조절 기작을 이해하고자 하였습니다. 본 연구에서는 방선균과 토양미생물인 점액세균의 공생배양을 시도, 방선균의 항생제 생산을 촉진하였고, 이 조건에서의 전사체 분석을 통하여 방선균과 공생미생물 간 철 이온에 대한 활발한 경쟁이 존재한다는 실마리를 얻을 수 있었습니다. 추가적인 실험들을 통하여, 방선균은 철 이온 경쟁 과정에서 우위를 차지하기 위하여 항생 효과와 철 이온 결합 기능을 동시에 가지는 이차대사산물 생산을 증가 시키는 것을 관찰할 수 있었습니다. 밝힌 내용을 바탕으로, 8종의 방선균들을 철이 결핍된 환경에서 배양한 결과, 신규 물질을 포함한 21개의 이차대사산물 생산을 활성화 시킬 수 있었습니다. 이와 같은 자연생태의 미생물 상호작용 이해를 기반으로 한 방선균의 비활성화 이차대사산물 생산 유도 기법은 신규 항암제 및 항생제 후보 물질 확보를 가속화 시킬 방법이 될 것이라고 기대하고 있습니다. 모든 논문들이 소중하지만, 다사다난했던 연구 과정의 결과물인 이번 논문에 애정이 많이 갑니다. 미생물간의 복잡한 상호작용을 시스템 레벨로 이해하고 그 중 의미 있는 상

ISME J.
2020.02.12

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