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작성자 김명조
작성일 2011-02-26 (토) 13:43
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대사 공학
대사공학(metabolic engineering)이란 유전자 재조합기술과 관련 분자생물학 및 화학공학적 기술을 이용하여 새로운 대사회로를 도입하거나 기존의 대사회로를 제거·증폭·변경시켜 세포나 균주의 대사특성을 우리가 원하는 방향으로 바꾸는 (directed modification) 일련의 기술을 칭한다. 대사공학은 기존 대사산물의 과량생산, 신규 대사산물의 생산, 원하지 않는 대사산물의 생산 저해, 값싼 기질의 이용, 난분해성 화합물의 분해, 세포특성의 조작에 의한 mid-stream 및 down-stream processing의 개선 등 생물공학 전반에 걸쳐 파급효과가 막대하여 선진국에서는 많은 투자를 하고 있다. 그러나 이제까지의 대사공학은 'trial and error'방식으로 이루어져 왔다고 해도 과언이 아니다. 즉 원하는 대사산물의 생산에 관련된 몇 가지 대사회로를 차례로 증폭·억제한 후에 그 결과를 지켜보는 방식이었다. 이런 방법에 의해서 원하는 물질들의 과량 및 대량생산이 일부 가능해진 반면, 이들 유전자의 도입으로 인해 균주의 성장능력저하, 부산물의 과량생산 등의 예상치 못한 부작용도 발견되었다. 이는 생명체가 진화과정을 거쳐 나름대로 최적화한 대사회로를 우리가 인위적으로 바꾸는 과정에서, 이들 유전자들의 도입으로 인해 대사회로가 어떻게 변화할지 예측하지 못하고 실험했기 때문에 생긴 결과이다. 또한 'trial-and-error'식 접근방법은 막대한 돈·시간·인력을 투입해야 되므로, 가격경쟁력을 떨어뜨리고 생명공학 및 의약산업에서 생존하기 위해 필수적인 효율적이고 신속한 신물질의 개발에 적합하지 않다. 더욱이 최근 일부 미생물의 모든 유전자 염기서열이 밝혀지고 앞으로 더욱 많은 데이터가 쏟아져 나올 것으로 예상되고 있는데, 이는 앞으로 거의 모든 대사회로의 조작이 가능해지는 것을 의미한다. 그러나 단순한 대장균의 경우만 해도 약 2,000여 개의 반응이 조절을 받으며 복잡하게 일어나고 있는데 과연 어디를 조작해야하는가를 알아내는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 앞으로는 균주의 대사상태를 정확히 파악하고 이를 바탕으로 균주의 대사회로를 조작하는 '디자인된 대사회로 조작'이 필수적이라 할 수 있다.

<출처: 이상엽 Dr>


2009/07/09 01:09

대사공학 지 식 창 고

미생물도 생명체이기 때문에 몸 안에 각종 효소를 가지고 있고,

이 효소들을 이용해 다양한 대사활동을 한다.

하지만 자연상태에 존재하는 대부분의 미생물들은

인간이 필요한 무엇인가를 만들기 위해 이 땅에 태어난 것은 아니므로,

우리가 원하는 목적과는 다른 대사활동을 하게끔 되어 있다.




'미생물을 부린다는 것' 은 인간이 원하는 물질을 생산하도록 하기 위해서

미생물의 대사회로를 바꾸는 것으로 시작하는데,

바로 여기에서 '대사공학' 이란 기법이 등장한다.




일반적으로 대사공학기법은 유전자를 삽입&제거함으로써 유전자의 자체 기능을 바꾸어

대사 특성을 우리가 원하는 방향으로 바꾸는 기술을 말한다.

여기에는 유전자 재조합기술이나 분자생물학적인 방법이 이용된다.


대사공학은 일반적으로 크게 다음의 5가지 연구방향으로 접근할 수 있다.

1. 원래 미생물에 존재하는 대사물질을 보다 더 많이 효율적으로 생산한다.

2. 미생물에 존재하지 않는 신규 대사물질 또는 개선된 대사물질을 생산한다.

3. 미생물의 생산과 대사물질의 생산을 위해 다양한 먹이를 사용하도록 개선한다.

4. 여러 화학물질, 특히 난분해성 물질의 분해를 위해서 새로운 대사회로를 구축한다.

5. 발효나 정제 등 생물공정을 개선하기 위한 미생물을 조작한다.



이러한 접근을 통해 단백질, 다양한 1차 대사산물, 2차 대사산물 등을 효율적으로 생산하는 미생물을 만들 수 있고,

그 미생물을 배양함으로써 실제 세포를 마치 공장과 같이 사용할 수 있는 것이다.



KAIST. 세계대사공학회 개최
녹색성장을 위한 대사공학의 현재와 미래를 살펴보는 자리가 마련된다.

KAIST(총장 서남표)는 이상엽(생명과학기술대학 학장, 바이오융합연구소 공동소장) 특훈교수가 주관해 “녹색성장을 위한 대사공학”이라는 주제로 열리는 제 8차 세계대사공학회가 제주도 국제컨벤션센터에서 13일부터 17일까지 5일간에 걸쳐 개최된다고 12일 밝혔다.

이번 학회에서는 대사공학을 통한 바이오연료, 화학물질, 고분자, 의약품 생산에 관한 논문들과 대사공학 기초원천기술에 대한 논문들이 발표된다. 또한 KAIST 이상엽 특훈교수팀을 비롯한 총 47회의 세계적 석학 초청강연도 진행될 예정이다.

바이오리파이너리(Biorefinery)를 선도하는 세계 대표기업들의 성공사례들도 발표되는데, 미국 듀퐁사(DuPont) 바이오 총괄책임자 윌리암 프로빈박사(Dr.William Provine)의 “성공적 상업화를 위한 대사 및 공정공학” 등 실제 산업화된 기술들이 상세히 소개된다.

2년마다 개최되는 이 학회에서는 국제대사공학상을 수여한다. 올해 수상자는 30여 년간 클로스트리디아(Clostridia)의 대사공학을 연구해 바이오부탄올(Biobutanol) 생산 분야에서 세계를 선도해온, 미국 델라웨어주립대(University of Delaware) 테리 파푸차키스 교수(Dr. E. Terry Papoutsakis)다. 한편 이번 행사를 주관한 KAIST 이상엽 특훈교수는 2008년도 수상자였다.

국제대사공학상 이외에도 엄격한 심사를 통해 우수한 포스터논문들이 선정되어 수상된다. 국제대사공학회에서 수여하는 ‘최우수포스터논문상’, ‘젊은대사공학인상’ 외에도, 해외 저명학술지에서 수여하는 상들도 예정돼 있다.

청와대 김상협 미래비전비서관은 개막 기조연설에서 “한국의 녹색성장 전략”을 주제로 강연해 우리나라의 녹색성장 관련 리더십을 전 세계 전문가들에게 알린다. 또, 한국생명공학연구원 박영훈 원장의 학회 축하연설도 예정돼 있다.

김 비서관은 “재생 가능한 바이오매스로부터 지속가능한 방법으로 화학물질과 연료를 생산하는데 필요한 핵심기술인 대사공학의 국제학술대회가 한국에서 개최되는 것은 녹색성장이 전 세계의 화두인 지금 큰 의미가 있다”며, “전 세계에서 참석하는 대사공학 및 산업바이오텍 전문가들에게 한국의 녹색성장 관련 기술의 우수성을 알리는 좋은 기회가 될 것으로 생각한다.”고 말했다.

학회 대회장인 KAIST 이상엽 특훈교수는 “이 학회는 2년마다 개최되는 대사공학 분야 최고 국제 학술회의로 아시아에서는 우리나라가 최초로 개최하는 것”이라고 밝히면서, “ 아침부터 밤늦도록 이어지는 포스터세션까지 참석한 모든 전문가들과 학생들이 긴밀하게 함께하는 행사이기에, 이전에는 참석 인원수를 200-250명 정도로 제한해 왔다. 이번 학회는 참석 경쟁률이 치열해 최종 300여명을 선발했고, 우리나라에서 리더십을 발휘하고 있는 녹색성장을 주제로 개최하게 됐다는 점에서 큰 의의가 있다”고 말했다.

윤병기 기자 / byki70@empal.com / 의계신문 / www.medworld.co.kr

★ 8월 4일(수) 조간부터 보도하여 주시기 바랍니다.

보도자

교육과학기술부

Ministry of Education, Science and Technology

홍보담당관실 ☏ 02-2100-6580

<자료문의> ☎ 02-2100-6834, 미래원천기술과장 최원호, 사무관 고정호

KAIST 이상엽 교수팀, 생명체의 정확한 모사를 위한 가상세포 방법론 개발

- 미국 국립과학원회보 게재, “가상세포 시스템 활용 대사특성 예측 기술 개발”-


교육과학기술부(장관 안병만)는, 한국과학기술원(KAIST) 이상엽 교수 연구팀이 생명체의 세포를 체계적으로 분석하여 세포 전체의 대사적 특성을 정확하게 예측할 수 있는 ‘가상세포 방법론’ 개발하였다고 밝혔다.

연구는 교육과학기술부 ‘미래기반기술사업(시스템생물학 연구개발)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 세계적 저명 학술지인미국 국립과학원 회보 (PNAS)」誌’ 8월 2일자 온라인판에 게재되었다.

환경문제와 질병에 대한 관심도가 나날이 높아짐에 따라 의학적인 용도 및 일상생활에 널리 쓰이는 화학물질이나 바이오연료 등 을 바이오기반으로 생산하는 것이 더욱 중요해 지고 있다. 이러한 유용한 물질들은 상당수 미생물을 사용하여 개발하는데, 이를 위해 미생물의 체계적인 분석과 개량 연구가 필요하다. 이에, 전체적인 관점에서 복잡한 생명체의 대사를 체계적으로 파악할 수 있는 방법의 개발이 요구되어 왔다.

□ 가상세포는 컴퓨터시스템으로 실제세포를 모사하여 연구하고자하는 생명체의 세포를 체계적으로 분석하는 중요한 도구이다.

이상엽교수 연구팀은 생명체의 정확한 모사를 위한 가상세포 시스템을 개발하였다. 이를 이용하여 얻어진 가상세포 예측 결과들은 실제 세포 실험으로 측정된 결과와 비교하여 정확도가 획기적으로 개선되었다. 이로써 보다 정확한 가상세포 예측이 가능하여 실제 생명체의 분석연구에서 시간과 비용을 큰 폭으로 줄일 수 있게 되었다.

○ 이번 가상세포 방법론의 개발은 국내뿐 아니라 세계생명공학 분야에서 새로운 패러다임을 제공하여, 생명체의 분석과 개량연구에 소모되는 시간과 비용을 절감할 수 있게 되었으며, 또한 이번에 개발한 방법론은 게놈 염기서열이 분석된 모든 생명체에 적용이 가능하기 때문에 다양한 산업적, 의학적 응용을 위한 미생물 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

붙임 : 1. 용어 설명

2. 사진 설명

3. 연구책임자 이력사항

4. 연구팀 소개

※ 상세내용 문의 :

KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수(042-350-3930, leesy@kaist.ac.kr)


붙임1


용 어 설 명


1. 시스템대사공학(Systems Metabolic engineering)

각종 오믹스(전사체; transcriptome, 단백체; proteome, 흐름체; fluxome, 대사체; metabolome) 데이터를 융합하고 추가 가상세포 시뮬레이션 결과까지를 모두 통합하여 세포의 생리 상태를 다차원에서 규명하고, 맞춤형으로 대사조절을 통하여 고효율 균주의 개발을 가능하게 하는 기술이다. 시스템대사공학은 재생 가능한 바이오매스로부터 지속가능한 방법으로 유용한 물질을 생산하는데 필요한 기술이다.

2. 가상세포

세포내에서 일어나는 모든 효소 반응을 컴퓨터에서 재구성하여 실제 세포처럼 반응시켜 결과를 예측하는 시스템을 말한다.

3. 제한 조건 (constraint)

○ 생명체의 정확한 모사를 위해 가상세포의 넓은 해법 공간을 제한하는 최적화시 적용되는 조건을 말한다.


붙임2


사 진 설 명


다차원적인 생물학적인 정보를 수집·분석하고, 유전자 수준의 가상세포를 구축, 생명체의 대사 흐름을 모사할 수 있다. 가상세포는 실제 세포를 시스템 수준에서 체계적으로 분석하는데 중요한 도구이지만, 수백 수천 개의 반응식으로 구성되어 있는 가상세포의 시스템은 실제와 달리 매우 넓기 때문에 부정확한 예측 결과를 내놓을 수 있다. 이는 실제 세포에 존재하는 조절 기작, 신호 전달 기작 등의 정보가 가상세포에 반영되지 않았기 때문이며, 이를 극복하기 위해 가상세포의 시스템을 상황별로 제한하는 조건 (제한 조건, constraint)들의 개발이 필요하며 현재까지 여러 가지 제한 조건들이 개발되었다. 본 연구팀은 게놈 문맥 분석 (genomic context analysis)과 대사 흐름 수렴 패턴 분석 (flux-converging pattern analysis)을 이용하여 세포 활동 시 긴밀하게 연관되어 있는 유전자 또는 반응식의 그룹을 선정하고, 이를 기반으로 환경 조건과 원하는 상황에 독립적으로 적용할 수 있는 그룹 반응 제한조건 (grouping reaction constraint)을 개발하였다.


붙임3


이상엽 특훈교수* 이력사항



1. 인적사항

○ 소 속 : KAIST 생명화학공학과

○ 전 화 : 042-350-3930

○ e-mail : leesy@kaist.ac.kr

2. 학력

1982 - 1986 서울대학교 공과대학 화학공학 (학사)

1986 - 1987 미국 Northwestern대 화학공학 (석사)

1987 - 1991 미국 Northwestern대 화학공학 (박사)

3. 주요 경력사항

1994 - 1996 한국과학기술원 화학공학과 조교수

1997 - 2002 한국과학기술원 생명화학공학과 부교수

2002 - 2006 한국과학기술원 생명화학공학과 교수

2004 - 현재 호주 University of Queensland 명예 교수

2005 - 현재 미국 미생물학술원 펠로우

2007 - 현재 한국과학기술한림원 정회원

2007 - 현재 한국과학기술원 특훈 교수

2007 - 현재 미국 과학진흥협회 펠로우

2008 - 현재 한국과학기술원 생명과학기술대학 학장

2008 - 현재 세계경제포럼 글로벌 아젠다 카운슬 멤버

2010 - 현재 미국 공학한림원 외국회원

2010 - 현재 미국 산업미생물학회 펠로우

2010 - 현재 대통령 직속 녹색성장위원회 위원


* 특훈교수: 한국과학기술원(KAIST)에서 세계적 수준의 연구업적과 교육성과를 이룬 교수에 부여하는 호칭

붙임4


연구팀 소개


이름 : 이상엽

소속 : KAIST 생명화학공학과 특훈교수

전화 : 042-350-3930

e-mail : leesy@kaist.ac.kr

이름 : 박종명

소속 : KAIST 생명화학공학과 박사과장

전화 : 042-350-5970

e-mail : kaiHman@kaist.ac.kr

이름 : 김태용

소속 : KAIST 시스템 및 합성생명공학연구센터 연구교수

전화 : 042-350-5970

e-mail : kimty@kaist.ac.kr




 
 home example
홈페이지 메뉴구성 예
홈페이지 구성은 ./skin_board/스킨이름/1_main_html.php 에서 하면 됩니다.
기본제공 스킨중 'c_homepage' 스킨의 1_main_html.php 에는 홈페이지 구성 예가 들어 있습니다.
본 테마는 보드설정→[2-1, 전체 레이아웃 html 스킨] 을 'c_homepage' 으로 설정했습니다.
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