| 초록 |
□ 연구의 목적 및 내용 ◆ 연구 목적 ◇ 1) 공생미생물 균총의 분포 조성 변화에서 질병과의 상호 관련성을 찾는 기존의 연구 방향을 유전자 수준의 연구로 전환하기 위한 스크리닝 플랫폼을 구축하고 2)유용 프로바이오틱스 균주가 숙주에 미치는 영향을 유전자 수준에서 이해할 뿐 만 아니라 3)특정 공생미생물 균주(프로바이오틱스 후보균 등)를 분리 배양이 아닌 유전자 탐색으로 기능성과 안전성을 확보하고자 함. ◇ 이를 위해 특정 외부 자극에 대응하여 발현이 유도되는 프로바이오틱스 균주들의 유전자를 탐색하는 새로운 유전자 스크리닝 시스템을 구축하고, 이를 통해 functional metagenomics 연구를 위한 기반을 마련하는 것을 목적으로 함. ◇ 최종적으로는 기능성 유전자의 탐색을 통해 질환 특이적인 환자 맞춤형 프로바이오틱스 또는 postbiotics의 개발 가능성을 확보하고자 함. ◆ 연구 내용 ◇ 프로바이오틱스 균주 유래 DNA 절편을 이용한 promoter trap 유전자 스크리닝 플랫폼 구축 및 활용 • 식약처 기준 고시형 프로바이오틱스 19종에 대한 각각의 strain 균주의 배양 관련 특성 분석 • 19종의 프로바이오틱스 균주의 genome database 구축 • 19종의 genome으로부터 유래된 무작위 DNA 절편을 pPT01 promoter trap plasmid에 삽입한 plasmid 라이브러리 구축 • Amplicon sequencing을 통한 라이브러리 다양성 검증 • 각각의 plasmid로 형질 전환된 E. coli χ7213 균주 라이브러리 구축 ◇ 마우스 장내에 colonization을 유도하는 프로바이오틱스 유래 유전자 스크리닝 • E. coli χ7213 균주 라이브러리를 (i) SPF, (ii) Germ-free, (iii) Gnotobiotic 마우스에 이식한 후, 성장/증식된 χ7213 clone을 분석 • Host 와의 상호작용에 의한 유전자 발현 vs. 다른 공생미생물 동시 존재 상황에서의 유전자 발현 비교 • 특정 공생미생물 균주가 이미 정착해 있는 Gnotobiotic 마우스에서 유전자 발현 탐구 • 마우스 장내에서 공생미생물 유전자 발현에 영향을 미치는 Host factors 및 microbe factors 규명 ◇ 다양한 숙주 환경에 반응하는 프로바이오틱 균주 유래 유전자 스크리닝 • (i) 특이 nutrients섭취, (ii) 병원성세균 감염, (iii) 염증반응이 유도된 환경에서 특이적으로 반응하는 프로바이오틱 유전자 동정 • 각 환경에서 동정된 유전자 및 그와 유사한 유전자를 보유하고 있는 프로바이오틱 균주의 증식 여부 동시 확인 • 각 실험 조건에서 유도되는 마우스의 증상과 동정된 프로바이오틱스 유전자간의 상호작용 규명 • 본 세부과제의 수행을 통해, 대표적 프로바이오틱 균주들의 유용한 기능에 관여하는 유전자들을 규명하고 이들이 만들어 내는 유전자 산물의 기능을 밝혀 프로바이오틱 균주의 특성을 유전자 수준에서 이해하고자 함. □ 연구개발성과 (연구 논문 발표 총 3편) ◇ 본 연구진은 'Disruption of gut ecosystem by antibiotics'라는 제목의 총설 논문을 Yonsei Medical Journal에 발표하였음 (2018년 1월). ◇ 또한, 본 과제 관련 연구 진행 중 'Stringent response regulates antibiotic tolerance by modulating reactive oxygen species production in Vibrio cholerae' 제목의 논문을 Journal of Biological Chemistry (2018년 2월)에 게재함. ◇ 과제 관련 연구 결과를 'Commensal-derived Metabolites Govern Vibrio cholerae Pathogenesis in Host Intestine' 제목의 논문을 Microbiome (IF=10.465)에 게재함 (2019년 9월). (유전체 정보 제공 및 활용 3건) ◇ Bacteroides vulgatus의 전체 유전자 서열을 분석하여 기능성의 유래 및 안전성을 검토하고 결과를 NCBI database에 업로드 함. (Accession number: CP043529, Bacteroides vulgatus VIC01 whole genome sequence, 20190910 released) ◇ 항염증 치료용 프로바이오틱 후보균주인 Bifidobacterium longum 2주를 전체 유전자 서열을 분석하였음. 분석 종료 후 NCBI database에 업로드하고 활용할 예정임. (국내 특허 출원 1건) ◇ Bacteroides vulgatus 균주의 감염성 질환 치료제로서의 가능성을 제시하고 관련 내용을 '장내 병원성 세균 억제능 미생물 및 이를 포함하는 장내 병원성 세균 유발성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물'로 특허 출원함 (출원 번호: 10-2019-0112801) ◇ 감염 억제 효능을 보인 공생미생물 균주(Bacteroides vulgatus) 동정 및 감염 억제 기전 이해하여 감염성 질환 대상 프로바이틱스로서의 가능성 제시 및 스크리닝 플랫폼 대상 균주로서 활용성 확보 ◇ Major Gut Microbes among Koreans (MGMK) 균주 12종 선별 및 이들의 장내 정착 능력 규명 (Germ-free 마우스를 활용) ◇ MGMK 라이브러리를 이용하여 대장균을 surrogate host로 하는 스크리닝 라이브러리 제작 ◇ MGMK 라이브러리 균주를 대상으로 하는 스크리닝 플랫폼을 대상으로 장내 환경에 반응하는 유전자 탐색 가능성 제시 틱스 또는 postbiotics의 개발 가능성을 확보하고자 함. □ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과) ◇ Promoter trap 스크리닝 시스템의 활용을 통한 신개념 유전학 기반의 접근방법을 확보하였으며 추가 다양한 장내 미생물을 대상으로 하는 라이브러리 제작 가능성 제시 ◇ 한국인에 유용한 프로바이오틱 균주 발굴 및 중요 유전자들의 기능적 해석에 있어 high-throughput screening 기술 방향 모색 ◇ 난배양성 프로바이오틱 균주의 유전자 기능 규명 ◇ 건강한 장 환경 유지를 위한 프로바이오틱 균주의 역할 규명 및 환자 맞춤형 프로바이틱스 제공 ◇ 인체 위해미생물 제어를 위한 프로바이오틱스 및 포스트바이오틱스 개발 기술 확보 (출처 : 요약문 4p) |
