기술동향
21C프론티어 미생물유전체활용기술개발사업
- 등록일2002-08-01
- 조회수8365
- 분류기술동향
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자료발간일
2005-01-26
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출처
biozine
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원문링크
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키워드
#21C프론티어#미생물유전체
21C프론티어 미생물유전체활용기술개발사업
미생물유전체활용기술개발사업단장 / 오 태 광
- 선택과 집중 연구전략으로 1조원 이상 부가가치 창출
- 전통미생물 산업의 획기적 전환 및 신미생물산업 창출
본 사업은 국내 전통 미생물 산업의 획기적 전환 및 신 산업군 창출을 위한 유용 토착 미생물, 해양·극한환경 미생물, 상호작용(interaction) 미생물 및 메타게놈 자원확보와 미생물 유전체 기능 분석·활용 기술을 개발하고, 미생물 유전체 정보 청사진을 활용하여 미생 물 유래 정밀화학소재(효소, 기능성 미생물 등) 및 의약소재(항생물질, 재조합 의약품 등)의 창출-생산-이 용에 관한 기술혁신을 목표로 한다.
1. 사업단 운영 철학과 비전
본 연구사업단의 목표는 현재 우리나라의 생물산업의 근간인 미생물산업을 미생물 유전체라는 새로운 청사 진을 활용하여 고효율화를 창출하고 새로운 산업을 창출함으로써 세계적인 경쟁력을 가진 미생물산업 강국이 되는데 주도적 역할을 하는 것이다.
이와 같은 목표를 달성하기 위하여 본 사업단은 생명공학의 패러다임 변화를 실용극대화 방향으로 적극 수 용하여 실용화 기술을 개발하며, 기능 단백질체(functional proteome), 대사체(metabolome) 기술에 독창적인 고유기술을 접목시켜 미생물 단백질 공장과 대사물질 전 환 공정을 이용한 산업적 실용화 기술에 역량을 집중하고 새로운 아이디어에 의한 기반형성 과제를 적극적으로 발굴하여 창의적 원천 기반기술에 집중하는 등 선택과 집중 철학을 실현하고자 한다.
이를 위해 사업단을 분야별 전문가가 운영을 책임지는 분야별 책임제를 도입하는 차별적인 CEO 마인드로 운 영하며 사업단 내에 산학연의 전문가로 구성되는 기획관리위원회를 두어 각 연구개발 단계의 포괄적 기획관리를 수행하며 연구결과의 실용화를 위 하여 개발된 기술을 활용하는 연구원 창업을 지원하여(기술이전 및 창업지원위원회 설치 운영), 실용화를 촉진하는 등의 원천기술 개발과 함께 실용화 를 중시하는 방식으로 사업단을 운영하고자 한다.
2. 필요성
⊙ 생명과학의 패러다임이 소수 유전자의 개별 연구에서 게놈 전체를 대상으로 하는 대형과제 중심의 연구 로 바뀌어감에 따라, 주요 선진국 및 강대국이 주도하는 미생물 게놈 해독 및 기능 연구가 폭발적으로 증가하고 있다.
⊙ 유전체 분석 결과 및 정보처리 기술의 국가자산화 및 비공개 또는 유료 서비스화가 국제적인 추 세로 됨에 따라 우리나라 고유의 미생물 유전체·단백질체·대사체 분석관련 생물정보학적 know-how를 축적하는 것이 무엇보다도 시급한 과 제이다.
⊙ 현재 국내의 미생물 산업은 외국에서 개발된 종균을 수입해 이를 개량하는 수준으로 원천 기술과 특허 가 부족하여 고부가가치 제품의 세계 시장 점유가 어려운 상황이다. 이를 타개하기 위해 유용 미생물의 유전체 연구결과에서 유래한 정밀화학 소재(효소, 기능성 미생물 등) 및 의약소재(항생물질, 재조합 의약품)등을 발굴한다면, 국내 미생물 산업을 선진국 수준으로 끌어올릴 수 있 다.
⊙ 또한, 중국 등의 후발주자에게 크게 위협받고 있는 미생물 발효 시장에서 유전체 연구를 이용한 고효율 생산균주 및 공정의 개발로 세계 시장을 석권할 수 있는 기틀을 마련할 수 있다.
3. 최종목표
본 연구개발 사업을 통해 우리나라가 경쟁력이 있는 분야를 선택적으로 집중 투자함으로써 지적재산권을 500건 이상 획득하여 지식 산업의 기반을 확립하고 1조원 이상의 시장을 창출하여, 10년 후에는 국가생물산업의 근간인 미생물 산업이 세계 4위권으 로 도약하는데 주도적 역할을 하는 것이 목표이다.
4. 최종목표 달성을 위한 전략
전 세계적으로 생명공학 시장 및 제품 개발의 상당수는 미생물 자원으로부터 이루어지고 있는 등 미생물은 고부가가치 경제적 이윤을 창출할 수 있는 핵심 생물소재로 각광을 받고 있다. 현재 미생물 및 관련 분야의 세계 시장 규모는 년간 100억불로 추정되 고 있어 미개발 유용 미생물 (난배양성, 해양 및 극한) 및 메타게놈 자원을 확보하여 활용할 경우에 생물의약품, 효소, 항생제 개발 등의 막대한 경 제적 가치를 창출할 수 있다.
이러한 목표를 효과적으로 달성하기 위해 집중 연구대상 미생물군 및 제품군을 선정하여 연구역량을 집중하 고자 한다. 중점연구대상 미생물군은 갯벌, 근해 퇴적층 및 열대, 고염, 화산 지역 등의 해양·특수환경 미생물(extremophiles and marine microbes)군 과 미생물-미생물 및 미생물-타 생물군 간의 상호작용 연구에 기초하는 상호작용 미생물(interaction microbes) 군에 집중하 며, 대상 제품군은 특수 기능성 효소 발굴 및 실용화 기술, 세포 재설계에 의한 유용 생물소재의 혁신적 생산기술, 의약용 단백질 제품화의 경쟁력 강화를 위한 원천기술, 미생물 자원 및 유전체 정보 DB의 제품화기술 개발 등에 집중할 예정이다.
5. 사업 문의처 및 연락처
미생물유전체활용기술개발사업단
주 소 : 대전광역시 유성구 어은동 52번지 한국생명공학연구원 내
TEL : 042-879-8201 FAX : 042-879-8209 E-MAIL : microbe@kribb.re.kr
홈페이지 : http://www.microbe.re.kr
6. 단계별 목표 및 추진전략
가. 단계별 목표
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구 분 |
목 표 |
범 위 |
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1 단계 ('02∼'04) 핵심기반 기술 확립 |
- 미생물 다양성 및 메타게놈 자원의 확보 및 탐색 - 미생물유전체 기능분석 및 기반기술 개발 - 유전체 정보 활용 고기능 세포 재설계및 응용기술 개발 |
- 난배양성 미생물 및 메타게놈 탐색 기반기술 구축 - 해양·특수환경 및 상호작용 미생물 10,000주 이상 확보 - 신규 유용 미생물 자원 100종 이상 확보 및 20종 이상 등록 - 메타게놈 1,000메가 염기쌍 이상 확보 - 미생물 유전체 기능 대량분석 기반기술 개발 및 시스템 구축 - 3 종 이상의 유용미생물 기능 유전체 분석 및 DB 구축 - 기능이 확인된 신규 유용유전자 100개 이상 확보 - 유전체정보를 활용한 분자유전학적 도구 개발 - 미생물 유래 정밀화학소재 및 의약소재 6건 이상 라이센싱 - 미생물 유전체 정보를 이용한 세포 재설계 및 신공정 4건 이상 개발 |
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2 단계 ('05∼'07) 고부가가치 제품 개발 |
- 미생물 다양성 및 메타게놈 자원의 확보 및 탐색 - 미생물 유전체 기능분석 및 기반기술 개발 - 유전체 정보 활용 고기능 세포 재설계및 응용기술 개발 |
- 해양·특수환경 및 상호작용 미생물 20,000 주 이상 확보 - 신규 유용 미생물 자원 150종 이상 확보 및 30종 이상 등록 - 메타게놈 1,500메가 염기쌍 이상 확보 - 4 종 이상의 미생물 기능 유전체 분석 및 데이터베이스 구축 - 기능이 확인된 신규 유용유전자 150개 이상 확보 - 미생물 대사회로 해석 및 재설계 기반기술 확립 - 유전체 구조 및 기능에 관한 정보기지 운영
- 미생물 유전체 정보를 이용한 세포 재설계 및 신공정 6건 이상 개발 |
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3 단계 ('08∼'11) 제품 생산 및 산업화 |
- 미생물 다양성 및 메타게놈 자원의 확보 및 탐색 - 미생물유전체 기능분석 및 기반기술 개발 - 유전체 정보 활용 고기능 세포 재설계및 응용기술 개발 |
- 해양·특수환경 및 상호작용 미생물 20,000 주 이상 확보 - 신규 유용 미생물 자원 250종 이상 확보 및 50종 이상 등록 - 메타게놈 2,500메가 염기쌍 이상 확보 - 3 종 이상의 미생물 기능 유전체 분석 및 데이터베이스 구축 - 기능이 확인된 신규 유용유전자 250개 이상 확보 - 세포 재설계 및 기능 최적화를 위한 요소기술 확보 - 유전체 구조 및 기능에 관한 정보기지 운영 - 미생물 유래 정밀화학소재 및 의약소재 14건 이상 라이센싱 - 미생물 유전체 정보를 이용한 세포 재설계 및 신공정 10건 이상 개발 |
나. 단계별 추진 전략
7. 주요 연구내용
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구분 |
분 야 |
세 부 연 구 내 용 | |
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제 1 분야 : 미생물 다양성 확보 | |||
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중점 (공모 및 국제 공동) |
1. 미생물 다양성 및 메타게놈 자원의 확보 및 탐색 |
- 해양/특수환경/상호작용 관련 미생물의 탐색, 유용 미생물 자원 확보 | |
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제 2 분야 : 미생물유전체 기능분석 | |||
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중점 (공모 및 국제 공동) |
2. 미생물 유전체 기능 분석 |
- 유전체 염기서열 분석 및 신규 유전자 기능 탐색 | |
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제 3 분야 : 미생물유전체 활용 | |||
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중점(공모 및 국제 공동) |
3.1 신기능 효소 발굴 및 재설계 기술 개발 |
- 미생물유전체 정보를 활용한 신기능 효소 확보 | |
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3.2 미생물 대사 재설계 및 유용대사산물 생산기술 개발 |
- 미생물 및 메타게놈 자원으로부터 유용 lead 물질 발굴 및 응용 | ||
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3.3 미생물 발현 시스템 및 의약용 단백질 생산기술 개발 |
- 유전체 정보를 활용한 발현벡터 및 숙주개발 - 재조합 의약용단백질 생산 공정개발 | ||
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공통기반, 자유공모 : 연구개발 허브 구축 | |||
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공통 기반(지정) |
4.1 메타게놈 / 프로테옴 / 메타볼롬 뱅크 |
- 미생물 / 메타게놈 뱅크 구축 및 운영 | |
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4.2 미생물 유전체 종합 정보기지 |
- 유전체 염기서열 고속 해독 및 분석 | ||
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자유공모 |
5. 자유공모 |
- 미생물유전체 활용을 위한 원천기반기술개발 | |
8. 과제제안요구서 (RFP)
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제 1 연구분야 : 미생물 다양성 확보 분야 (공모 및 국제공동) |
과제 코드 |
MG1 |
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중점개발과제명 : 미생물 다양성 및 메타게놈 자원의 확보 및 탐색 | ||
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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신기능 생명공학 제품의 핵심소재가 될 수 있는 미지의 미생물 자원 (해양·특수환경 및 상호작 용 관련)과 유전체 자원의 탐색·활용을 위한 난배양성 미생물 분리기술 및 메타게놈 스크리닝 기술을 개발하고 유용 미생물 자원을 확보 함. - 난배양성 미생물 및 메타게놈 탐색 기반기술 구축 - 해양·특수환경 및 상호작용 미생물 10,000주 이상 확보 | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 연구 대상 분야 - 해양 미생물 ▶ 연구 내용 - 난배양성 미생물 탐색 기술 개발 | ||
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과제구성요건(특기사항) | ||
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- 연구개발 목표치를 정량화 할 것(예, 난배양성 또는 특수환경 미생물 1,000 균주, 신종 미생 물 10종, 메타게놈 100메가 염기쌍 이상 확보) | ||
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제 2 연구분야 : 미생물유전체 기능분석 분야 (공모 및 국제공동) |
과제 코드 |
MG2 |
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중점개발과제명 : 미생물 유전체 기능분석 | ||
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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해양·특수환경 및 상호작용 미생물의 다양한 생체기능과 대사산물을 산업자원으로 활용할 수 있 는 기반정보 제공을 위해 유용미생물의 유전체 염기서열을 해독하고, 유전체·단백질체에 대한 발현양상과 생리기능을 분석하여 신규 유용 유전자를 대량 발굴함. - 미생물유전체 기능 대량분석 기반기술 개발 및 시스템 구축 | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 유전체 염기서열 분석 및 신규 유전자 기능 탐색 - 유전체 염기서열 고속 해독 ▶ 유전체·단백질체 발현양상 대량 분석 - Microarray 등을 이용한 발현양상 대량 분석 ▶ 미지 유전자·단백질의 기능 대량 분석 - 돌연변이주 고속 생산 및 기능 분석 ▶ 대사회로 분석 | ||
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과제구성요건(특기사항) |
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1. 기능유전체 및 단백질체 연구대상 미생물은 국내외에서 이미 유전체 염기서열 해독이 초안 수 준 이상으로 완성되어 유전체 정보활용이 가능한 균주를 우선적으로 고려함. 2. 유전체 염기서열 해독부터 시작하는 과제의 경우 염기서열 해독 비용을 일부 지원할 수 있음. 단, 연구기간은 1년 이내, 정부지원은 직접비의 50% 이하로 추진할 예정이며, 염기서열 정보는 해독 완료 후 1년 이내 공개 를 원칙으로 함. 3. 한 과제 내에서 상기한 연구내용 중 한 가지 항목 이상 수행하는 것을 권장함. 4. 연구결과물(예: 염기서열 정보, 기능 정보 등)은 사업단에 기탁하는 것을 원칙으로 함. |
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제 3 연구분야 : 미생물유전체 활용 분야(공모) |
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연구기술개발 1단계 최종목표 |
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- 기확보된 유전체정보를 활용한 분자유전학적 도구 개발 |
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과제 구성요건(특기사항) |
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- 유전체 활용 및 실용화 추진 전략 제시 |
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중점개발과제명: 신기능 효소 발굴 및 재설계 기술 개발(공모) |
과제 코드 |
MG3-1 |
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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유전체 정보를 활용한 신기능 효소 발굴, 재설계 및 이를 활용한 생물 전환 기술 개발 | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 미생물 유전체 정보를 활용한 신기능 효소 확보 기술 - 생물정보학 및 단백질체 정보를 활용한 효소 고속 발굴 기술 개발 ▶ 효소를 이용한 생물전환 공정 개발 - 특정 산업 목적에 부합한 특수기능 효소 개발 및 활용 기술 | ||
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중점개발과제명 : 미생물 대사 재설계 및 유용대사 산물 생산기술 개발(공모) |
과제 코드 |
MG3-2 |
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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유전체 정보를 활용한 미생물 대사 재설계, 유용대사산물의 발굴 및 고효율 생산 기술 개발 | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 미생물 및 메타게놈 자원으로부터 유용 lead 물질 발굴 및 응용 - 생물정보학 및 단백질체 정보를 활용한 유용대사산물 고효율 발굴 - 유전체 정보를 활용한 세포 재설계 기술 개발 | ||
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중점개발과제명 : 미생물 발현 시스템 및 의약용 단백질 생산기술 개발(공모) |
과제 코드 |
MG3-3 |
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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재조합 의약용 단백질 생산시스템 개발을 위한 분자유전학적 도구, 숙주조작 및 분자생물공정 기 술개발 | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 유전체 정보를 활용한 발현벡터 및 숙주개발 - Promoter, 단백질 융합 partner, 단백질 발현 targeting signal 등에 관련된 발현 도구 개발 ▶ 재조합 의약용단백질 생산 공정개발 - 유전체 발현양상(tranome, proteome, metabolome 등) 분석을 통한 배양 및 생산공정 최 적화 기술 개발 | ||
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공통기반과제 : 메타게놈/프로테옴/메타볼롬 뱅크 (지정) |
과제 코드 |
MG4-1 |
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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미생물유전체 활용 연구를 효과적으로 지원하기 위하여 다양한 메타게놈과 그 산물인 프로테옴 및 메타볼롬 자원을 확보하며, 확보한 자원을 관리·분양함으로써 연구성과의 활용도를 획기적으로 높임. | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 메타게놈 자원뱅크 구축 - 미생물·메타게놈 자원확보 ▶ 프로테옴 자원 뱅크 구축 - 미생물·메타게놈 자원으로부터 프로테옴 발현, 생산 및 분리 ▶ 메타볼롬 자원뱅크 구축 - 미생물·메타게놈 자원으로부터 메타볼롬 생산 및 분리 | ||
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공통기반과제 : 미생물유전체 종합 정보기지 (지정) |
과제 코드 |
MG4-2 |
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연구기술개발 1단계 최종목표 | ||
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산업적으로 활용 가능성이 높은 미생물을 전략적으로 선정하여 유전체 염기서열을 고속분석 함으 로써 염기서열 정보를 활용한 기능유전체 연구와 유용산물의 확보 및 실용화를 획기적으로 촉진하고, 미생물 유전체 정보 활용을 극대화할 수 있는 웹기반 종합 정보포탈을 구축함. | ||
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 유전체 염기서열 고속해독 및 분석 - 유용 미생물 유전체 염기서열 해독 ▶ 미생물 유전체 정보 종합포탈 구축 - 유용미생물의 유전체 염기서열 정보 DB 구축 및 운영 | ||
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과제 구성요건 (특기사항) | ||
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유전체 염기서열 분석대상 미생물은 국내 유관 학회 및 기관 등에서 추천 받았거나 제 1분야의 연 구를 통해 선발된 후보 균주를 중점 연구대상 미생물 선정 소위원회에서 심의하여 결정함 | ||
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중점개발과제명 : 자유공모과제(공모) |
과제 코드 |
MG5 |
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1단계 주요 연구내용 | ||
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▶ 미생물유전체 활용을 위한 원천기반기술개발 - 미생물·메타게놈 자원확보 원천기반기술 개발 - 메타게놈 라이브러리 활용 원천기반기술개발 ▶ 미생물유전체 활용을 위한 첨단분야 융합기술개발(IT, NT 등) - 창의적, 미래 지향적 융합기술개발 | ||
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과제 구성요건 (특기사항) | ||
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본과제로부터 확보되는 원천기반기술 연구성과는 사업단의 연구개발에 적극 활용되어야함. | ||
9. 기대성과 및 파급효과
▶ 미생물유전체 활용기술의 독자적 국내기술개발에 의해 과제 종료 후에는 세계적으로 경쟁력 있는 기술력을 보유케 되어 세계 4위권의 미생물산업 강국이 될 것이다.
▶ 토착미생물, 난배양성미생물 및 메타게놈 자원의 확보로 외국과의 생물다양성 경쟁에서 우위를 선 점하게 되며, 메타게놈 library, 프로테옴 library 등 국가 생물산업의 하부구조(infrastructure)를 튼튼하게 구축한다.
▶ 재설계된 고부가 고기능의 세포, 효소, 생리활성물질 등의 개발로 얻어진 원천 특허를 활용하여 국 내외로부터의 로열티 수입 등으로 인해 본 사업이 종료되는 10년 후에는 1조원 정도의 부가가치 창출이 예상된다.