바이오인

광합성박테리아남세균돌연변이주은행(SMCC)는 남세균 돌연변이주 은행으로서 1999년 세계 최초로 in vivo
transposon tagging 기술로 구축되었다. 자연산 유전자원의 탐색, 보존 및 분양하는 미국 American Type
Culture Collection(ATCC), 프랑스 Pasteur Culture Collection(PCC) 및 국내 Korean Collection for Type
Cultures(KCTC) 등과는 달리 SMCC는 포스트 게놈시대에 유전체 정보가 모두 밝혀진 모델 생물종으로부터 모
든 유전자를 적중 돌연변이를 제작하여 모든 유전자의 기능을 밝히는 위해 설립됐다.

우리나라의 경우, 교육 및 연구기관에 산재되어 있는 미생물 및 미세 조류에 대한 은행에서는 자연산 균주
를 대상으로 해양 미세조류 혹은 균(fungi), 효모(yeast), 박테리아 등을 포괄하는 은행이어서 특화되지 못
한 측면이 있으며, 생명공학 기술을 이용한 조류의 신유전자 발견에 대한 연구 및 이의 응용에 대한 연구
를 수행하고 있지 못하다.

이러한 현실을 감안하여 전국에 산재해 있는 남세균 연구자들과 남세균 연구의 중요성을 인식하고 이에 대
한 연구를 진행하고자 하는 국내 식물학 연구자들이 1999년 4월에 컨소시엄을 구성하여 활발하게 연구를 시
작했고, 남세균 돌연변이주를 개발하여 체계적으로 보존함과 동시에 분양기능을 갖춘 소재은행의 설치 필요
성에 공감하게 되어 SMCC를 설립하게 된 것이다.

남세균은행은 식물에 적용 가능한 유용유전자를 대량 발굴하여 국내 식물과학/생명공학의 기초 소재를 제공
하는 것을 목적으로 하고 있다. 현재까지 약 10,000여종의 유전자 돌연변이주를 제작, 20여 국내 연구진에
게 분양했으며, 앞으로는 무작위 돌연변이기법 이외에도 유전자 그룹별로 직접 gene knockout 전략과 유전
자 과발현 라이브러리도 구축하여 Systems biology 연구를 위한 기반을 구축할 계획이라고 한다.


국내 식물과학·생명공학의 핵심 기반시설

식물생명공학은 국가 5대 전략산업 중의 하나인 생물공학(BT)의 하나로서 인류가 당면한 식량부족과 환경오
염 및 질병퇴치와 건강한 삶을 지탱해 줄 것으로 간주되고 있다. 이러한 식물과학/생명공학의 근간은 유용
한 유전자의 발굴과 특허화 및 이를 활용하는 것인데, 소위 기능 유전체학이 이를 대상으로 한다. 최근 세
계 유수의 저널에 발표되는 거의 대부분의 논문은 이러한 gene trap library를 재료로 사용하고 있다고 한
다.

이러한 시점에서 식물생명공학의 모델식물 중의 하나인 남세균의 gene trap library를 구축한 SMCC가 국내
우수 연구진에게 재료를 공급하여 각 연구진이 library의 구축에 투자할 시간과 인력 및 연구비를 절감할
수 있게 함으로써 유용유전자의 발굴에 더 많은 노력을 경주하게 하여 우리나라가 식물생명공학 분야에서
는 최소한 연구재료의 부족으로 인해서 선진국과의 경쟁에서 열세에 놓이는 일은 더 이상 없을 것으로 보인
다.

SMCC 사업은 남세균 Synechocystis sp. PCC 6803 균주를 이용한 Tn mutagenesis 방법을 세계 최초로 개발
에 성공하여 현재 약 10,000 여종의 Tn 돌연변이주를 1)운동성(motility), 2)주광성(phototaxis), 3)색깔
(color), 4)광수용체(photoreceptor), 5)생장(growth), 6)엽록소 형광 유도이상, 7)단백질 발현 양상, 8)저
온(cold), 9)고염(high salt), 10)강광(high light), 11)탄소대사(metabolism) 등으로 나누어 표현형을 분
석하고 있다. 이중에서 97종의 운동성 균주, 16 종의 광신호전달 균주, 6종의 색깔 균주, 24종의 생장균
주, 7종의 엽록소 형광유도 이상 균주 등이 등록되었으며, 기타 변이주는 현재 segregation 중에 있다.

현재 SMCC는 구축된 돌연변이주 10,000여종을 국내 연구진들에게 매년 분양하고 있다. 또한 주로 생장과 운
동성에 관한 돌연변이주를 선발하여 이미 SCI에 11편의 논문과 2건의 특허를 출원했고, 고염, 고광 스트레
스에 민감한 돌연변이종을 각각 선발하여 특허를 출원했으며 저온 저항성, 생분해성 플라스틱, 색깔, 저온
내성, 고온 민감성 등의 표현형 분석을 통해서 이미 상당한 양의 결과를 축적했다. 그리고, 유전자 결손 남
세균을 이용하여 식/작물의 내염성 증대방법 및 피에치비 생산량 증대방법을 개발하여 특허출원을 완료했
다.

이 외에도 SMCC의 소재를 이용하는 전국 각 대학 및 연구소의 실험실 연구자들간의 정보 및 연구 성과의 교
류와 최신 연구 기법의 보급을 위하여 매년 1회 이상씩 워크숍을 개최해 오고 있다. 올해에는 소재은행의
돌연변이주를 가지고 현장에서 일하는 연구원들 또는 새로이 시작하려는 연구원들을 대상으로 이틀에 걸쳐
실습 위주로 진행하고 있다. 남세균의 무균조작 및 세포배양, 분자유전학적 실험법 등 남세균 연구에 필요
한 기초 기술들을 현장에서 습득할 수 있도록 편성했고, 아울러 최근 남세균 연구 동향과 최신 분석 기술들
을 소개하여 현장에서 부딪히는 문제점들을 극복하고 조기에 많은 연구 성과를 얻을 수 있는 기회를 갖도
록 했다고 한다.



Systems Biology 특화 지원 절실

식물과학·생명공학의 근간은 유용한 유전자의 발굴과 특허화 및 이를 활용하는 것인데, 소위 기능 유전체
학이 이를 대상으로 한다. 기능 유전체학은 전사체, 단백체, 및 대사체 기술을 이용하여 대량으로 유용유전
자를 발굴하는 것을 목적으로 함으로써 기존의 분자생물학적 기법과 차별화된다. 이때 기능 유전체학의 대
상은 모델생물과 이들의 gain-of-function mutant 혹은 loss-of-function mutant인 gene trap library의 독
점적인 확보가 가장 중요한 핵심이 됨은 주지의 사실이다.

그러나 SMCC는 연구비의 한계로 인해서 구비한 모든 소재의 유전자 정보를 분석하고 있지 못하고 있다고 한
다. 구비한 모든 소재의 돌연변이 유발 유전자 정보를 얻고 나서야 Tn 돌연변이로 얻을 수 없는 나머지 유
전자들을 target mutagenesis를 통해서 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 SMCC는 전국의 대학 및 연구소의 연
구자들로부터 돌연변이 유발 후보 유전자를 추천 받아서 우선 항생제 cartridge를 이용한 target
mutagenesis를 병행할 예정이라고 한다.

SMCC 사업은 단기간에 지원하고 끝나는 연구사업과는 달리 장기적으로 계속 지원되어야 한다고 박연일 교
수는 말한다. 또한 SMCC가 이미 국제적인 경쟁력을 갖추었으므로 집중 육성되어 국가적인 차원에서 업그레
이드시킬 필요가 있다고 강조한다.

일본의 한 지방 현 단위의 식물생명공학 육성책으로 설립된 세계 최초 남세균 유전정보기지인 Kazusa 연구
소는 설립 후 10년 만에 세계 연구 중심지로 급부상했다. 이에 일본 중앙정부에서는 연구기금을 확대하여
돌연변이주 제작, 기능성 유전체 분야의 신기술을 접목시켜 방대한 기초자료를 파생시켜 기능성 유전체 데
이터베이스 구축을 목표로 엡그레이드하고 있다고 한다.

그러나 유전자 trapping 기술만은 아직 일본, 미국 등지에서도 구축하지 못한 기반 기술로, 국내 연구진에
의해 완성되었다고 한다. 따라서 IT분야가 강한 대한민국이 남세균의 돌연변이 은행의 기능성 유전체 분야
의 데이터를 확대 보강하여 systems biology로 특화할 수 있도록 bioinformatics 분야의 지원이 시급하
다고 박 교수는 말한다.


■ 문 의 : 충남대 광합성박테리아남세균돌연변이주은행 소장 박연일
전 화 : 042-821-5493
E-mail : yipark@cnu.ac.kr


(출처 : 한국과학재단웹진 2월호)