공주대 김광훈 교수 연구팀은 미래창조과학부가 지원하는 해양·극지기초원천기술개발사업의 지원으로 적조 원인종 및 이들과 상호 작용하는 해양 생물의 유전자 발현 자료를 웹서버(http://genebank.kongju.ac.kr)를 통해 외부에 제공하여 국내 연구자들이 효율적으로 활용할 수 있는 유전체 정보은행을 구축하였다. 

발현유전체 정보은행은 2월 12에 오픈될 예정이며, 우리나라 연안에서 적조를 발생시키는 총 18 계통주^*의 적조 원인 종 및 연관 공생 생물에 대한 유전자 정보를 포함한다.

     

연구자들은 웹서버에서 ID를 발급받아 각 종들의 유전자 세부 정보 및 검색 서비스, 유전자간 상호 비교, 유전자 칩을 이용한 환경별 발현량 비교, 각각의 유전자들에 대한 우선 참고문헌 등 최고 수준의 유전자 정보서비스를 이용할 수 있다. 

현재 유전체 연구에 있어 대량 데이터의 효율적 활용이 중요한데, 본 연구단은 차세대 염기서열 분석을 통해 해양공생 생물 및 적조 원인종의 대량 유전체 정보를 축적, 통합적인 관리와 효율적 활용을 위한 유전체 은행을 구축하였다.

본 유전체 은행에서 제공되는 18 계통주의 유전체 데이터는 미국 국립생물정보센터(NCBI) 및 세계 유전체 데이터베이스 상에 등록되어 있지 않은 것으로 국내뿐 아니라 세계 최초의 해양공생생물 및 적조 원인 종 발현 유전체 은행이다.

또한 연구단의 성과를 인정받아 세부과제 책임자인 군산대학교 이원호 교수가 권위지인‘Harmful Algae’^*의 총편집장(Editor-in-Chief)으로 선임되어 2015년부터 2017년까지 활동하게 된다.

    

본 연구단은 ‘Harmful Algae’연구성과 지속적 게재, 한국적조 특집호 발간(2013년), 동양권 학자 최초 편집위원장 선정 등으로 국제 학회의 주목을 받고 있다.

김광훈 교수는 “현재까지 연구가 미진한 해양 적조 및 공생생물에 대한 발현유전체 정보은행을 국내외 연구자들에게 제공하여 해양 생명현상에 대한 기초 연구와 매년 막대한 경제적, 사회적 손실을 초래하고 있는 적조에 대한 대책 마련에 기여할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

해양바이오 산업은 국내뿐 아니라 전 세계적으로 무한한 가능성을 지닌 블루오션으로 그 가치가 인정되었으며 국내에서도 해양바이오 산업은 10년 이내 전 세계 바이오시장의 5% 이상을 점유할 수 있는 가능성이 높은 산업으로 인정되었다 따라서, 해양 유전자원을 이용한 상품의 경제적 가치도 크게 인정되고 있다.

해양생물들 간의 섭식 과정은 포식자와 피식자 모두에게 진화적, 생태적으로 큰 의미를 갖고 생물학적 특성상 유용 유전자원을 생산할 가능성이 매우 높다. 적조 원인 종은 복잡한 섭식 과정과 연구 가치가 무한함에도 불구하고 배양이 힘들어 충분한 바이오매스 확보가 어렵고, 유전체 정보가 절대적으로 부족하여 전 세계적으로 크게 연구가 진행되지 않아 이에 대한 기초원천 자료의 확보가 필요한 실정이다.

해양공생생물 유전체 연구단은 해양공생생물 및 적조 원인 종에 대한 비교유전체학적 방법을 이용한 수평적 유전자 전달 분석 그리고 생물학적으로 매우 특이한 형질을 갖는 새로운 해양 생물자원의 발굴 및 활용을 목표로 하고 이를 위해 다량의 해양 생물 발현 유전체 분석을 실시하였다.

차세대 염기서열 분석을 통해 얻어진 유전적 정보들은 매우 광범위한 자료이기 때문에 이들의 효율적인 활용과 연구 과제의 효과적인 수행을 위해 유전체 데이터베이스를 구축하였다. 또한 활용을 극대화 시킬 수 있도록 분석기능 및 웹서비스가 가능한 정보은행의 구축을 실시하였다.

현재 유전체 연구에 있어 가장 큰 문제는 대량의 데이터의 효율적인 활용에 있다. 따라서 본 연구는 차세대 염기서열 분석을 통해 해양공생생물 및 적조 원인 종 18 계통주에 대한 발현 유전체 분석을 실시하고 얻어진 대량의 유전체 정보의 축적 그리고 통합적인 관리와 효율적 활용을 위한 유전체 은행을 구축하였다.

특히, 유전자 검색 및 유전자 서열을 이용한 내부 검색기능, 그리고 각 유전자의 발현차이를 비교 분석할 수 있는 Gene Chip 기능을 구축하여 데이터 mining의 효율을 극대화 시키는 기본적 분석 기능을 포함하였다.

본 발현 유전체 은행의 18 계통주에 해당되는 생물 발현 유전체 데이터는 미국 국립생물정보센터 (NCBI) 및 세계 유전체 데이터베이스 상에 등록되어 있지 않으며 국내뿐 아니라 세계 최초의 해양공생생물 및 적조 원인 종 발현 유전체 은행이다.

발현 유전체 은행은 웹 (http://genebank.kongju.ac.kr)을 통한 손쉬운 접근, ID를 통한 접근 권한 부여 (현재 연구단 내부 비공개 이용, 2016년 2월 공개 예정), 동 시간 접속자 최대 500명, 그리고 지속적인 연구를 통한 업데이트 및 관리를 가능하게 했다는 면에서 완성도 높은 유전체 은행의 기능을 수행할 수 있다.

기존 유전체 연구에서 해양생물이 차지하는 비중은 약 10%에 지나지 않으며 이중 적조 원인 종에 대한 발현 유전체 연구는 배양이 어려워 매우 적다. 본 연구는 국내 최초의 적조 원인 종 및 해양 생물에 대한 유전체 데이터베이스로 해양생물 연구에 효과적으로 적용시킬 수 있다.

특히, 해양 생물의 섭식관계와 수평적 유전자 전달, 우리나라 연안 적조 원인종의 환경 반응 유전자 분석 등 해양생물 관련 유전체 연구의 필수적 유전 기초자료를 제공한다는 면에서 매우 활용도가 높다고 판단된다.

다량의 해양생물 유전체 발굴로, 연구가 미진했던 해양생물 연구의 활성화와 해양 생명현상에 대한 기초 연구 그리고 매년 막대한 경제적, 사회적 손실을 초래하고 있는 적조에 대한 근본적 대책 마련에 크게 기여할 것으로 기대된다.

매년 우리나라의 연안에서 발생하는 적조는 주변의 많은 생물들과 공생, 경쟁, 섭식 등 다양한 관계를 맺고 있으나 지금까지 연구는 오로지 적조 생물에만 집중하여 포괄적인 문제 해결책을 제시할 수 없었음. 특히, 유전자 정보를 종합적으로 해석할 수 있는 포털이 따로 마련되지 않아 적조 발생의 생리적 원인 규명에 한계가 있어왔음. 

5년간의 연구 기간 동안 적조가 발생하는 현장에서 분리된 적조 원인 종들과 연관 공생생물들을 채집하여 배양주를 분리하고 다양한 환경 조건에서 이들이 어떤 유전자를 발현하는지를 차세대 염기서열 분석기를 사용하여 정보를 확보하였음. 이를 통합적으로 관리하고 정보를 공유할 수 있는 정보관리시스템을 개발하여 누리집에서 누구나 접근할 수 있는 통로를 만든 것임.

적조 원인종의 채집 및 분리에서는 시기가 가장 중요하였으나 연구팀들이 거의 매주 현장에 나가 적조의 발생 과정을 추적하여 적조 원인 종뿐만 아니라 이들과 공생 경쟁 관계에 있는 종까지 분석하였으나 예산의 한계 등으로 적조 원인종과 공생 또는 경쟁하는 해양생물의 유전체 정보를 충분히 많이 확보하지 못한 점이 아쉬움. 실내 배양을 위한 계통주는 확보하고 있으므로 장기적 연구를 통하여 데이터를 축적해 나갈 수 있을 것임.

현재 유전체 정보에 대한 다양한 사업이 진척되고 있으나 적조 현장에서의 생태적 특성규명에서 출발하여 다양한 적조 원인 종을 분리하고 배양주를 만든 다음 적조와 연관된 유전자의 통합적 발현을 조사하여 누구나 접근하여 사용할 수 있는 유전자 은행을 만든 경우는 세계적으로도 유래가 없음.  이와 같이 연결된 정보를 모두 축적해야만 적조 발생의 근본적 원인을 규명하는 것이 가능할 것임.

적조 연구와 해양생태환경 관리에 있어 세계를 선도하는 연구팀으로 성장하는 것이 목표임. 

 연구단의 업적을 인정받아 해양/담수 생물학 분야의 SCI 저널 중 랭킹 Top 3 안에 드는 학술지인 Harmful Algae가 한국의 적조에 관한 특집호를 마련하였을 뿐 아니라 본 연구단의 세부책임자인 군산대학교 이원호 교수가 새로운 총 편집장 (Editor-in-Chief)로 초빙된 일

◌ 발현유전체(전사체, Transcriptome)는 유전체의 전사 산물 총체를 뜻한다. 생물의 모든 유전 정보는 DNA로부터 mRNA로 발현이 되며 실제 기능을 갖는 단백질은 mRNA의 번역을 통해 생성된다. 발현유전체는 생물의 환경에 의한 유전적 변화 및 유용자원에 대한 실제적 분석을 가능하게 한다. 발현유전체 정보은행은 차세대 염기서열 분석 기술을 통해 얻어진 광범위한 유전 정보를 축적하고 검색 및 분석기능을 수록하여 효율적인 발현유전체 정보 활용이 가능한 데이터베이스를 뜻한다.

◌ 차세대 염기서열 분석(Next-generation sequencing) 기술은 생물 유전자 해독 기술로 과거 Sanger Sequencing의 유전체 해독의 한계를 극복하기 위해 개발된 새로운 염기서열 분석 방법이다. 유전자를 무수히 많은 단편으로 분리하여 분석하는 기술이며 저비용으로 빠른 유전체 분석이 가능하다. 2004년 처음 도입된 후 현재는 기술 발달을 거듭하여 Personal Genome Sequencing 시대를 열었다.

◌ Harmful Algae는 적조를 비롯한 유해조류 분야 최고 수준의 학술지로서 2015년 발표한 SCI “Marine & Freshwater Biology (해양 및 담수 생물학)” 분야의 103개 중 3위 (impact factor 기준)를 차지한 국제 학술 권위지이다.

       

유전자 검색, 유전자 발현패턴, Local blast 기능

학술지에 공고된 이원호 교수 Editors-in-Chief 선정