• 융합신호처리학회논문지
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• 제6권1호
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• pp.27-32
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• 2005

유전자 서열 분석기의 발달로 유전체 서열 데이터는 급속도로 증가하여 자동적으로 유전체에 주석을 첨부하는 과정이 필요하다. 유전체에 주석을 다는 작업 중 가장 어려운 과정이 유전체내에 존재하는 단백질을 코드화하고 있는 유전자의 탐색이다. 진핵생물과 원핵생물은 유전자 구조에서 현격한 차이를 보이고 있으므로 유전자를 예측하는 방법도 각각 달라야 한다. 지금까지 전체 유전체 서열이 밝혀진 231종의 생물에서 200종이 원핵생물이다. 그러므로 비교 유전체학을 통한 생물공학 연구에서 진핵생물보다 원핵생물이 더 적합하다 할 것이다. 게다가 원핵생물의 경우 intron이라는 구조를 가지고 있지 않아 유전자 예측이 더 간단하다. 이전에 연구된 원핵생물의 유전자 예측 정확성은 80%～90%에 이르고 있고 최근의 연구에서는 유전자 예측 정확도 100%를 목표로 하고 있고, 본 논문에서는 E. coli K-12와 S. typhi 유전체의 경우, 유전체 예측 정확도가 각각 98.5%와 98.7%를 보여 기존의 GLIMMER보다 더 우수한 결과를 나타내었다.

• 생명과학회지
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• 제25권9호
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• pp.1007-1013
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• 2015

원핵생물체의 생명유지에 중요한 역할을 담당하는 유전자들을 밝히기 위해 미생물 유전체들 사이의 공통적 유전자를 파악하는 COG 알고리즘을 이용하였다. 원핵생물 711종 모두에 보존적인 것은 COG0080 (Ribosomal protein L11) 1개였다. 708종 이상의 원핵생물에 보존적인 22개의 ortholog 중 전사관련 2개, tRNA synthetase 관련4개, ribosamal large subunit 8개, ribosomal small subunit 7개였다. 700종 이상의 원핵생물에 보존적인 COG는 58개였다. 이중 리보좀을 구성하는 소단위체 등 번역 관련 COG가 50개(86.2%), 전사관련 COG가 4개(6.9%)로 나타나 생명현상에서의 단백질의 중요성을 알 수 있었다. 58개의 COG 중 보존성은 COG0060 (Isoleucyl tRNA synthetase)이 가장 높았고 COG0143 (Methionyl tRNA synthetase)이 가장 낮았다. 문(phylum)과 강(class) 수준에서 보존적 유전자들의 평균과 분산으로 유전체 분석을 수행한 결과 변이가 큰 고세균은 진정세균과 구분되었으며 편차는 일부 진정세균이 고세균보다 컸다. 보존적 유전자를 탐색하는 본 연구의 기법은 기초과학 연구와 함께 항균제 개발과 항암요법 개발 등에도 유용할 것이다.

• 생명과학회지
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• 제27권6호
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• pp.694-701
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• 2017

알려진 단독배양이 가능한 원핵생물 중 최소게놈을 가지고 있는 Mycoplasma genitalium보다 보존적 유전자 수가 적은 14개 원핵생물의 유전자를 보존적 유전자 관점의 COG (Clusters of Orthologous Group of proteins)로 검토하였다. 분석대상은 M. genitalium, 초고온성 고세균으로 세포외공생을 하는 Nanoarchaeum equitans, 진정세균으로 식물의 세포내에 기생하는 병원균인 Candidatus Phytoplasma 속 4개와 식물의 수액을 섭취하는 곤충의 세포내에 공생하는 9종이었다. M. genitalium이 가진 367개의 보존적 유전자 중에서, 284개가 비교대상 다른 원핵생물과 공통이었다. M. genitalium 등 분석대상 원핵생물 모두에 보존적 유전자는 29개로, 이들은 리보솜 구성단백질 22개 등 번역관련 25개, RNA 중합효소의 소단위체 3개, 단백질 접힘관련 1개 등으로 단백질의 중요성을 알 수 있었다. 분석대상 15개 원핵생물 중 Candidatus Phytoplasma속 4개 균주 모두에만 존재하는 COG는 40개 였다. 속(genus)이 서로 다른 나머지 9개의 Candidatus는 곤충에 공생한다는 공통점이 있지만 COG0539 (Ribosomal protein S1) 하나만 공통적이었고, 이는 곤충 세포내 공생체들 사이에 보존적 유전자가 다양함을 나타내는 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 배양이 불가능한 세균의 보존적 유전자 이해에 대한 단서와 함께 아미노산, 항생제, 의약품, 유기합성 전구체 등을 효율적으로 합성하는 원핵생물의 조작에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것이다.

• 생명과학회지
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• 제28권3호
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• pp.369-375
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• 2018

Mycoplasma genitalium은 367개의 보존적 유전자를 가지고 있으며 단독배양이 가능한 원핵생물 중 게놈크기가 최소이다. 본 연구에서는 M. genitalium과 M. genitalium보다 보존적 유전자 수가 적은 14개 원핵생물 즉 세포외 공생을 하는 초고온성 고세균 Nanoarchaeum equitans, 식물 세포 내부 기생성 진정세균 혹은 곤충 세포 내부 공생성 진정세균 13종 등의 원핵생물에 보존적인 대사경로를 검토하였다. 이들은 11~71개의 대사경로를 가졌지만 완전한 대사경로는 1~24개였다. 전체 대사경로에 필요한 효소의 45.8%가 결핍되어 대사경로 구멍(metabolic pathway hole)이 매우 많아, 숙주의 효소와 함께 공유대사경로(shared metabolic pathway)를 나타내거나 필수물질의 상당 부분이 숙주에 의존적일 것으로 사료되었다. 세포막을 통한 물질이동에 필요한 유전자의 개수도 아주 적어 단순확산 내지 숙주의 단백질이 이들의 세포막에서 물질이동의 기능을 할 것으로 사료되었다. tRNA charging 경로만이 15개의 분석 대상 원핵생물 모두에 분포하였지만, 분석 대상 원핵생물들은 각각 5~20개의 tRNA charging 유전자를 보유하였다. 본 연구 결과는 배양 불가능한 식물 세포 내 기생성 그리고 곤충 세포 내 공생성 원핵생물들의 대사경로 이해에 대한 단서와 함께 농작물 피해 방지와 해충구제, 의약품 개발 등에 사용할 기초자료를 제공할 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제31권9호
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• pp.834-839
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• 2021

저자들은 이전에 711개의 원핵생물에서 COG (Clusters of Orthologous Groups of proteins)를 분석한 결과를 보고하였다. COG 데이터베이스는 2020년에 1,309개의 원핵생물 게놈들을 사용하여 대폭 업데이트되었다. 이에 COG와 원핵생물 측면에서 업데이트된 4,877개의 COG를 구성하는 3,455,853개의 단백질들에 대한 분석 결과를 보고한다. 각 원핵생물이 보유한 COG 종류의 수는 97에서 2,281개의 사이였으며, 평균은 1,430.0개이고 표준편차는 414.2개였다. 문(phylum) 수준에서 보유 COG의 평균 수는 Mollicutes가 497.86개로 최소였고, Cyanobacteria가 1,642.90개로 최대였다. 가장 높은 보유 COG 개수를 가진 상위 10개 종은 모두 Proteobacteria였으며, 하위 10개 중 9개는 시험관 내에서 배양할 수 없는 Candidatus 구성원이었다. 각 COG에 속하는 단백질의 수는 2개에서 22,048개 사이였으며, 상위 11위 COG들은 12,000개 이상의 단백질을 포함하였다. 상위 11개 중 5개는 DNA에 결합하고 유전자 발현에 관여하는 COG로, 원핵생물에서 유전자 발현 조절의 중요성을 알 수 있었다. COG 데이터 베이스는 게놈에 포함된 유전자를 식별하고 균주 개선을 위한 유전자를 선택하는 데 사용할 수 있어 많은 활용이 기대된다.

• Applied Microscopy
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• 제47권3호
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• pp.165-170
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• 2017

Gas vesicles are intracellular gas-filled protein-shelled nanocompartments. The structures are spindle or cylinder-shaped, and typically $0.1{\sim}2{\mu}m$ in length and 45~250 nm in width. A variety of prokaryotes including photosynthetic bacteria and halophilic archaea form gas vesicles in their cytoplasm. Gas vesicles provide cell buoyancy as flotation devices in aqueous habitats. They are used as nanoscale molecular reporters for ultrasound imaging for biomedical purposes. The structures in halophilic archaea are poorly resolved due to the low signal-to-noise ratio from the high salt concentration in the medium. Such a limitation can be overcome using focused ion beam-thinning or inelastically scattered electrons. As the concentric bodies (~200 nm in diameter) in fungi possess gas-filled cores, it is possible that the concept of gas vesicles could be applied to eukaryotic microbes beyond prokaryotes.

• Applied Microscopy
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• 제48권4호
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• pp.96-101
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• 2018

The release of nanoscale membrane-bound vesicles is common in all three domains of life. These vesicles are involved in a variety of biological processes such as cell-to-cell communication, horizontal gene transfer, and substrate transport. Prokaryotes including bacteria and archaea release membrane vesicles (MVs) (20 to 400 nm in diameter) into their extracellular milieu. In spite of structural differences in cell envelope, both Gram-positive and negative bacteria produce MVs that contain the cell membrane of each bacterial species. Archaeal MVs characteristically show surface-layer encircling the vesicles. Filamentous fungi and yeasts as eukaryotic microbes produce bilayered exosomes that have varying electron density. Microbes also form intracellular vesicles and minicells that are similar to MVs and exosomes in shape. Electron and fluorescence microscopy could reveal the presence of DNA in MVs and exosomes. Given the biogenesis of extracellular vesicles from the donor cell, in situ high-resolution microscopy can provide insights on the structural mechanisms underlying the formation and release of microbial extracellular vesicles.

• 생명과학회지
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• 제24권7호
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• pp.791-797
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• 2014

원핵과 진핵생물에 공통 보존적인 OG (Orthologous Group of proteins)를 미토콘드리아 관련 OG와 비관련 OG로 나누어 분석하였다. 62개의 원핵-진핵생물 공통적 COG (Clusters of OG)중 20개가 미토콘드리아 관련 OG였고 이들은 모두 번역관련 OG로 생명현상에서의 단백질의 중요성을 확인할 수 있었다. 세포내 절대기생체인 뇌회백염원충은 비교대상 다른 생물들 모두에 공통적인 미토콘드리아 관련 OG가 전혀 없었다. 뇌회백염원충을 제외한 6개 진핵생물과 원핵생물 63종에 모두 보존적인 미토콘드리아 관련 OG는 17개였다. Phylogenetic tree의 distance 분석을 수행하니 보존적 OG가 원핵생물에서 미토콘드리아 관련 OG와 비관련 OG 등 각각 2개의 그룹으로 나누어 졌고(p<0.001, paired t-test) 진핵생물은 그렇지 않았다(p>0.05, paired t-test). 보존성이 가장 높은 ortholog는 미토콘드리아 관련 OG에서는 COG0048-KOG1750 (ribosomal small subunit S12)이었고, 미토콘드리아 비관련 OG에서는 COG0100-KOG0407 (ribosomal small subunit S11)이었다. 본 연구결과는 진화관계 등의 기초학문적 연구와 치료제 개발 등의 자료가 될 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제26권6호
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• pp.711-720
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• 2016

게놈분석이 완료된 680개의 세균의 공통 유전자 보유 정도와 유연관계를 파악하기 위해 4,631개의 COG (Clusters of Orthologous Groups of protein) 보유 유사도와 COG 보유 계통수를 작성하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 균주별 COG 보유개수는 103~2,199개 사이였고 평균 1377.1개 였다. 곤충과 절대공생성인 Candidatus Nasuia deltocephalinicola str. NAS-ALF가 최저였고 기회성병원균인 Pseudomonas aeruginosa PAO1가 최대였다. 2개의 세균들 사이에 나타내는 COG 보유 유무의 유사도는 49.30~99.78% 사이였고 평균 72.65%였다. 초고온성이며 자가영양생활을 하는 Methanocaldococcus jannaschii DSM 2661과 중온성이며 공생생활을 하는 Mesorhizobium loti MAFF303099 사이가 최소였다. 유전자 보유 정도가 생물이 각 서식지에 적응하는 정도를 나타내므로 이 결과는 원핵생물 진화의 역사 혹은 현재 지구의 원핵생물 서식지 범위를 나타내는 것일 수도 있다. COG 보유계통수를 통하여 첫째 진정세균인 Chloroflexi문의 일부는 진정세균보다 고세균과 유연관계가 높았고, 둘째 16S rRNA유전자에서 동일한 문(phylum)이나 강(class)으로 분류되지만 COG 보유 계통수에서는 일치하지 않는 경우가 많았으며, 셋째 delta-와 epsilon-Proteobacteria는 다른 Proteobacteria와 다른 분계(lineage)를 이루었다. 본 연구결과는 생물의 기원 파악과 기능적 연관성 파악 그리고 유용유전자 탐색 등에 이용할 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제32권6호
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• pp.463-467
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• 2022

원핵생물 1,309종(species)에 보존적인 유전자(ortholog)를 파악하기 위해 1,309종을 대상으로 COG(Cluster of Orthologous Groups of proteins) 기법을 적용하였으며, 그 결과 ribosome protein S11 (COG0100)을 확인하였다. 1,308, 1,307, 1,306 및 1,305종에서 보존된 ortholog의 수는 각각 2, 5, 5 및 6개였다. 1,303종 이상에서 보존된 유전자는 29개였고, 이들은 23개의 리보솜 단백질, 3개의 tRNA 합성효소, 2개의 번역 인자 및 1개의 RNA 중합효소 소단위체 유전자였다. 대부분이 단백질 합성과 연관되어 원핵생물에서 단백질 발현이 중요한 것으로 판단되었다. 29개의 COG 중에서 ribosome protein S12 (COG0048)가 보존성이 가장 높았다. 29개의 보존된 COG는 대개 하나의 원핵생물에 하나의 단백질이 분포하였다. COG0090은 보존성이 가장 낮았으며 phylogenetic distance value의 표준편차도 가장 컸다. COG0090은 리보솜의 구성원 기능 외에 복제와 전사의 조절자 역할을 하기에, 각 원핵생물이 다양한 환경에서 생존하기 위해 변이가 큰 것으로 추론되었다. 이 연구는 기초 과학과 종양 조절 및 항균제 개발에 필요한 데이터를 제공할 수 있을 것이다.