미생물 유전체 프로젝트의 결과인 유전체 서열에 대해, 비교 유전체 분석을 수행할 수 있는 분석 도구인 GComp를 개발하였다. 이 도구는 국부 상동성 계산을 BLAST나 FASTA를 사용하여 수행한 후에 그 결과를 받아들여, 상동성을 보이는 부분을 분석하고 위치 파악 및 연결한 뒤, 두 유전체간의 상동성 정도를 일목요연하게 보여줄 수 있는 테이블과 파일들을 생성한다. 한편. 그 결과를 그래픽으로 표시하고 전체를 살펴볼 수 있는 인터페이스 기능을 구현하였다. 시험 데이터로 기존의 미생물 유전체 서열을 상대로 분석하면서, 유전체 서열의 핵산 및 단백질 수준에서의 비교분석 결과를 통해 두 유전체에 대한 비교 정보를 효과적으로 확인할 수 있었고, 보다 다양한 분석을 위한 도구 개발의 기준을 설정할 수 있었다.
미생물 유전체 프로젝트를 수행하는 과정에서 발생하는 base-calling 오류를 포함하는 것으로 의심되는 유전자나 염기서열의 리스트를 보여 주는 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램의 모듈들은 base-calling 오류로 의심되는 염기들의 후보군을 유전체 프로젝트를 수행하는 주요 단계에서 감지할 수 있도록 하였다. 이들 프로그램들은 초기 단계에서는 Phrap 파일에 존재하는 contig assembly 정보를 이용하여 base-calling 오류를 감지하는 모듈, 중간 단계에서는 상동성 검색 결과물로부터 frame skift 돌연변이의 진위 유무를 분석할 수 있는 모듈, 마지막 단계에서는, 이미 발표된 미생물 유전체와 같은 종으로부터 유래된 균주에 대한 유전체 프로젝트를 수행할 경우, 비교유전체 분석 기법을 활용하여 base-calling 오류 가능성이 높은 서열의 후보군을 추출하여 해당서열의 크로마토그램파일을 유전체 연구자가 볼 수 있는 모듈로 구성되어 있다.
사람의 호흡기계는 감염 질환을 일으키는 세균과 집락균이 복잡하게 공존하는 기관이다. 세균이 배양되지 않아도 분석이 가능한 16S 리보좀 RNA 유전자 서열분석 기법이 도입된 이래 사람의 미생물군 유전체에 대한 많은 연구 성과들이 보고되었다. 출생 후 영아기 호흡기 내의 미생물총 구조는 이후의 호흡기계 건강과 연관이 있음이 관찰되었다. 본 종설에서는 건강한 어린이의 호흡기 미생물총의 발달, 미생물 간 상호 작용, 숙주의 면역에 미치는 영향, 미생물군 유전체와 호흡기 건강의 연관성에 대하여 지금까지 알려진 내용들을 알아보고자 한다.
Staphylococcus xylosus는 일반적으로 포유동물의 피부에 존재하며 식품가공설비와 의료기기 등에서도 발견이 보고되었다. 본 연구에서는 강력한 생물막 생성 특성을 가지는 Staphylococcus xylosus S170의 전체 유전체 서열을 분석하여 보고한다. 이 유전체는 2,910,005 bp 크기, 2,674개의 단백질 코딩 서열과 22개의 rRNA, 57개의 tRNA유전자를 포함한다. 본 연구에서 제공하는 유전체 정보는 생물막 관련 유전자 분석으로 생물막 형성 기작을 좀 더 잘 이해하는데 도움이 될 수 있다.
Pantoea intestinalis SRCM103226은 식용곤충 밀웜으로부터 분리하였으며, zeaxanthin을 메인으로 생산하였다. P. intestinalis SRCM103226의 유전체 분석을 실시하여 4,784,919 bp 크기의 염기서열, GC 비율은 53.41%로 나타났으며, 플라스미드는 존재하지 않는다. RAST server를 이용하여 annotation한 결과 4,332개의 코딩유전자, 22개의 rRNA, 85개의 tRNA 유전자가 확인되었다 지놈분석결과 zeaxanthin 생합성회로 5개 유전자를 가지고 있다. 이러한 유전체 정보는 zeaxanthin 생합성 경로의 분자 진화의 비교 유전체학 연구에 대한 기초 정보를 제공한다.
다양한 미생물학 연구 분야의 발전에 힘입어 유전체역학은 발전되어 왔다. 예를 들어, 대용량서열화 기술의 발전으로 미생물 유전체의 수는 급속도로 증가해 오고 있다. 이러한 풍부한 유전체 데이터는 전에는 보지 못한 보다 더 정확한 미생물종의 동정에 도움을 주는 균주종 타이핑에 새로운 기회를 제공한다. 유전체역학은 유전체에 일반적인 유전자를 찾고 표기하는 것 뿐만 아니라 항균 저항성 유전자를 찾을 수 있다. 균주종 타이핑과 항균 저항성 유전자 찾기는 각각 종을 구분하고 유전체내의 유전자 위치를 결정하는 유전체 역학의 방법들로 시간에 따른 변화가 없는 측면이다. 이에 반하여, 하나의 숙주가 어떤 숙주를 감염시켰는지 알아내기 위해서는 감염된 숙주들 사이의 시간에 따른 동적인 전염 경로를 추론해야 한다. 이렇게, 균주종 타이핑, 항균 저항성 유전자 찾기, 전염 계통수 추론을 통하여 유전체역학의 궁극적인 목표 중 하나인 미생물성 전염병을 보다 효율적으로 감시할 수 있을 것으로 기대된다. 그리고, 대용량서열화 기술 중, 3세대 서열화기술 중 하나인 옥스포드 나노포어 MinION의 보다 나은 휴대성과 빠른 서열화의 성능 덕분에 유전체역학은 더 많은 발전을 거듭할 것으로 보인다. 이에, 본 연구는 항균 저항성 유전자를 찾고 전염병 경로를 추론하는 계산적인 방법에 대하여 살펴보고, 미생물 유전체역학에서 MinION이 응용된 예들에 대하여 논하였다.
이 연구에서는 Illumina Hiseq platform을 사용하여 동해 심층 해양수로부터 분리된 Pelagicola sp. DSW4-44 (= KCTC 62762 = KCCM 43261)의 초안 유전체 염기서열 해독을 수행하였다. 그 결과, 유전체는 대략 4.85 Mbp의 길이 및 54.3%의 G + C 함량으로 구성되었고, 전체 4,566개의 단백질 암호 유전자, 3개의 rRNA 유전자, 48개의 tRNA 유전자, 3개의 non-coding RNA 유전자 및 67개의 위유전자(pseudo gene)가 확인되었다. 초안 유전체에서 균주 DSW4-44는 Pelagicola 속의 다른 균주에서 발견되지 않는 이화적 질산염의 암모늄 환원과 탈질화의 질소대사 유전자를 가지고 있었다.
Flavobacteriaceae 과에 속하는 신균주인 RR4-38(= KCTC 52651 = DSM 108068)가 한국의 해수 순환여과양식시스템의 생물여과조에서 분리되었다. 41.9%의 G+C 함유량을 가진 3,182,272 bp의 길이의 하나의 완전한 유전체 컨티그가 PacBio RS II를 이용하여 얻어졌다. 이 유전체는 2,829개의 단백질 암호화 유전자와 6개의 rRNA 유전자, 38개 tRNA 유전자, 4개의 ncRNA 유전자, 9개의 유사유전자를 포함하고 있다. 이 결과는 해수 순환여과양식시스템에서 미생물의 활성을 이해하는데 통찰력을 줄 것이다.
본 연구에서 생물 및 비생물학적 스트레스에 내성을 유도하는 식물 생육 촉진 세균인 Variovarx sp. PMC12 균주의 유전체 염기서열을 분석하였다. PMC12 균주의 유전체는 5,873,297 bp와 1,141,940 bp 크기의 원형 염색체 2개로 구성되었다. 총 6,436개 단백질 유전자, rRNA 9개, tRNA 64개, ncRNA 3개와 유사유전자 80개가 확인되었다. 유전체상에서 발견된 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase, 항산화 활성, 인산 가용화, 프롤린 생합성, 시드로포어 생합성과 관련된 유전자들은 PMC12 균주가 염, 온도, 병원균에 대한 스트레스에 대한 식물의 내성 유도와 관련되어 있을 것으로 판단된다.
Halioglobus sp. RR3-57는 해수순환여과양식시스템의 생물여과조에서 순수분리되었으며, PacBio RS II 서열분석법을 이용하여 전체 유전체 서열이 해독되었다. 그 결과 길이 4,847,776 bp, G+C함량 57.5%인 염색체와 155,799 bp, 53.2%인 플라스미드로 구성된 유전체 서열을 획득하였다. 유전체 분석결과 탈질작용에 관련된 18개의 유전자와 불완전한 프로파지(prophage)로 추정되는 유전자서열이 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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