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- Nature誌 아티클 논문 게재(10.19(월) 02:00 한국시간, 온라인판) - □ 교육과학기술부(이하 교과부; 장관 안병만)는 4만 세대 동안 실험실에서 진화된 생명체의 유전체 염기서열을 비교분석하여 생명체 진화 과정을 추적하였을 뿐 아니라 환경적응도와의 상관관계를 규명하여 진화 연구의 새로운 전기를 마련하였다고 발표했다. ○ 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 학술저널인 lsquo;네이처(Nature)'지 10월 18일자(한국시각 10월 19일 02시) 온라인판에 발표되었으며, 특히 즉각적이고 파급효과가 큰 연구결과를 보고하는 형식인 아티클(Article) 논문으로 게재되어 그 성과가 더욱 주목받고 있다. □ 이번 연구는 교과부 21C 프론티어 미생물유전체활용기술개발사업(단장 오태광)의 지원을 받아 한국생명공학연구원(원장 박영훈) 바이오시스템연구본부의 김지현 박사팀 주도로 미국 미시간주립대학교의 렌스키(Richard E. Lenski) 교수 및 프랑스 조셉푸리에대학교의 슈나이더(Dominique Schneider) 교수와 공동연구를 통해 진행되었다. □ 생명체의 진화는 장기간에 걸쳐 점진적으로 일어나는 현상으로 그 과정을 직접 관찰하는 것이 불가능하다. 그러나 실험실에서 빠른 속도로 증식하는 미생물인 대장균(Escherichia coli)을 사용하면 여러 세대에 거쳐 일어나는 진화 과정의 실시간 추적이 가능할 뿐만 아니라 동결보존해둔 조상 균주와 후손 균주의 직접적인 경쟁을 통해 동일한 환경에 대한 적응도를 정량적으로 비교할 수 있다. ○ 4만 세대까지 배양한 대장균을 대상으로 한 이번 연구는 렌스키 연구팀과 슈나이더 교수팀이 공동으로 장기간 배양에 의한 진화 실험과 세대별 적응도(fitness) 분석을 수행하였고 김지현 박사팀에서는 대용량 유전체 염기서열 해독을 통한 돌연변이 서열의 분석 연구를 담당하였다. 진화 과정 중에 있는 생명체의 유전체 염기서열을 고정밀도로 해독하여 약 20년에 걸친 장기간의 진화실험에 따른 유전체 변이의 양상을 수만 세대 동안이나 추적한 것은 이번 연구가 처음이다. □ 본 연구 결과, 환경 조건이 일정하게 유지되는 조건이라 하더라도 유전체의 변이 속도와 적응도 간의 관계는 일정하지 않음이 처음으로 밝혀냈으며, 단백질로 만들어지는 부위에 발생한 돌연변이는 모두 아미노산 서열이 바뀌는 종류의 것이었으며 대부분의 돌연변이가 개체에 유익한 것으로 확인되었다. ○ 연구진은 2천, 5천, 1만, 1만5천, 2만, 및 4만 세대 째의 클론을 분리하여 차세대 염기서열 해독 기법인 님블젠(NimbleGen)과 일루미나(Illumina) 방법을 이용, 기반 균주인 REL606의 유전체 서열과 비교하여 염기서열 상에 발생한 차이를 확인하였다. ○ 그 결과 2만 세대까지 시간에 비례하여 돌연변이 수가 일정하게 증가하였으나, 환경에 대한 적응도는 진화초기인 약 2천 세대까지만 기반균주의 1.5배 수준으로 급격히 증가하였다가 이후에는 증가폭이 점차 감소하면서 2만 세대에서는 추가적으로 0.34배 정도 증가하는데 그쳤다.(붙임 4 참조) ○ 그러나 4만 세대에서는 돌연변이의 발생이 폭증(전체 유전체의 약 1.2%가 결손)하는 것을 밝혔는데, 이는 25,600 세대 경에 특정 유전자에 돌연변이가 발생하여 염기서열 복제의 오류가 정상세포보다 크게 증대된 데에 기인할 것으로 추측되고 있다. □ 김지현 박사는 이번 연구결과에 대해 ldquo;본 연구팀에서 10년 가까이 중점적으로 진행해 온 연구가 다윈 탄생 200주년 및 출판 150주년이 되는 올해를 맞아 생명체의 진화 메커니즘을 밝히려는 노력에 기여하게 됨을 뜻깊게 생각하며, 진화 개념을 응용하면 산업적으로 바이오합성 균주의 시스템 최적화 등을 도모할 수도 있다 rdquo;고 하였고, ○ 또한 본 논문의 공동 제1저자로서 유전체 해독 및 변이 확인 과정에서 큰 기여를 한 유동수 연구원은 ldquo;대장균이 많은 실험에서 이용되고 또한 많은 기능이 밝혀진 것은 사실이지만, 이를 이용한 진화 연구라는 미개척 분야에서 시간에 따른 변이와 함께 나타나는 환경 적응을 통합적으로 분석할 수 있는 모델로서 매우 중요한 균주임을 확인할 수 있었다 rdquo;라고 덧붙였다. ○ 한편, 미생물유전체프론티어 사업단장으로서 이번 연구 성과의 공동저자이기도 한 오태광 박사는 ldquo;미생물 및 유전체 이용 기술은 바이오 경제를 이끌어갈 주역이며 이번 연구는 생명현상에 근본적인 안정성을 예측하는 수만 세대 이후 유전 진화현상을 근본적으로 밝힌 기초적인 연구 성과이지만, 이런 현상을 이용하면 획기적인 생산 방법도 가능하므로 산업적 응용에도 크게 기여할 수 있는 근간 기술이라는 점에서 그 의미가 크다 rdquo;고 평하였다. ☎ 02-2100-6812, 미래원천기술과 과장 최원호, 사무관 박재성, 주무관 한미경 |
