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이남일
이남일(Namil Lee) 저자 이메일 보기
KAIST
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Iron competition triggers antibiotic biosynthesis in Streptomyces coelicolor during coculture with Myxococcus xanthus

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 상호작용을 찾아 가는 일은 수많은 가설들이 세워지고 무너지는 과정이었습니다. 그 괴로운 순간들을 즐기지 못했다면 논문을 마무리하지 못했을 것이라는 생각이 크게 남습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

제가 연구를 진행하고 있는 카이스트 생명과학과 시스템 및 합성생물학 실험실 (SSBL)은 조병관 교수님의 지도 하에 미생물 유전체, 전사체, 번역체, 전사유닛, 단백체, 대사체등의 대용량 다중오믹스 정보를 기반으로 산업적 가치를 가지는 미생물(대장균, 아세토젠, 방선균) 들의 생명현상을 이해하는 시스템 생물학 연구를 수행하고 있습니다. 또한 얻어진 정보들을 공학적 관점에서 재해석하여 고부가가치 물질을 고생산할 수 있는 미생물을 디자인하고 실제로 구현하는 합성생물학 연구를 진행하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

학위 과정이라는 것이 매일 같은 공간에서 동일한 실험들을 반복하는 일이기에 소소한 보람과 재미가 없다면 견디기 힘든 것 같습니다. 저의 경우에는 제가 세운 가설의 옳음이 실험적으로 증명이 되었을 때, 세상에서 저만 이 사실을 알고 있다는 생각이 들 때, 연구를 하기 잘했다는 생각이 드는 것 같습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

연구는 단거리 달리기가 아닌 마라톤이라고 생각합니다. 실험 결과가 예상과 다르더라도 꾸준히 관심을 쏟고 생각하면 갑자기 모든 것이 해결되는 순간이 오는 것 같습니다. 반짝임이 꾸준함을 이길 수 없다는 것이 제가 학위 과정을 마무리하면서 가장 크게 느끼고 반성하는 점입니다. 그렇지만 혼자만의 세계에 빠져 꾸준히 하는 것은 위험합니다. 마라톤에 기록을 앞당길 수 있도록 도와주는 페이스메이커가 있듯이, 주변 동료들과 소통하며 연구하는 것이 시행착오에 걸리는 시간을 줄이며 목적지로 가는 좋은 방법인 것 같습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

지금 있는 연구실에서 1년 정도 포닥으로 연구를 이어서 하고 싶어 준비하고 있습니다. 아직 끝맺음을 짓지 못한 프로젝트들을 잘 마무리 하고, 그 다음 과정을 준비하는 시간이 되기를 바라고 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

연구자는 자신의 학문적 궁금증을 해소하며 논문이라는 결과물로 자신의 cv를 늘려가는 본인 만족을 위한 직업일 수 있습니다. 그렇기에 연구를 할 수 있도록 지원해주는 많은 분들의 도움에 보답할 수 있도록, 다수에게 도움이 될 연구를 해야한다는 생각을 많이 하고 있습니다. 몸소 이러한 연구 자세를 실천하시고 배우게 하시는 조병관 교수님 감사하고 존경합니다. 그리고 같은 길을 걸어가며 늘 힘이 되어주는 SSBL 사람들 고맙습니다. 마지막으로 제 꿈을 지지해주고 희생하는 가족들에게 미안하고 사랑한다는 말을 하고 싶습니다.

 등록일 2020-02-12
Category: Systems Biology, Microbiology
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