KOSEN 한인과학기술자네트워크

제주대학교 생물학과 미생물생태 및 유전체 연구실 (Microbial Ecology and Genomic, MEG)은 2013년 8월부터 연구실을 설립하였으며, 박수제 교수님 지도아래 다양한 환경내의 미생물 생리 및 생태와 그들의 유전체 분석을 통하여 지구물질순환(biogeochemical cycle)에 있어 미생물들의 생태학적 역할 (ecophysiological function)에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 전 지구적 측면에서의 미생물의 주요 기능을 규명하고, 지속가능하고 건강한 인류의 삶에 있어 필수적입니다.

최근 급격히 발전하고 있는 분자생물학적 그리고 향상된 배양기술들의 도입으로, 지구의 다양한 생태환경으로부터 새로운 biogeochemical cycle의 발견 (comammox, anammox, anaerobic methane oxidation, n-DAMO 등)과 그동안 밝혀지지 않았던 미생물의 새로운 기능(ammonia-oxidizing archaea)을 발견하는 일은 미생물생태 및 환경미생물학의 일상적인 현상이 되고 있습니다. 다양한 환경내의 미생물의 역할규명은, 특히 개별적인 미생물하나하나가 아닌 미생물 군집 혹은 컨소시움 (microbial community/microbial consortium) 수준에서의 이해를 위해서, 기본적인 미생물학뿐만 아니라, biochemistry, geochemistry, meta-omics, bioinformatics, 등 다양한 학문 분야를 비롯하여, 국내/외 다양한 전문가그룹과의 다제학적(interdisciplinary) 연구가 필요한 시점입니다. 하지만, 국내의 환경미생학 및 미생물 생태학 연구의 현 주소는 한국에서 공동연구의 어려움을 비롯하여 단기간의 연구성과를 얻을 수 없어 큰 관심을 받지 못하고 있습니다. 그 만큼 끈질긴 도전이 필요한 분야이며, 반대로 미생물 생태를 연구하는 젊은 미생물학자들에게 많은 기회가 제공될 수 있는 유망한 분야라 할 수 있으며, 국내외적으로 본 연구실은 그 중심에서 연구분야를 선고하고자 노력하고 있습니다.

본 연구실은 2015년 한국연구재단 및 중소기업청 과제들을 수행하고 있으며, 해양환경내에 존재하는 아질산 산화 미생물 (nitrite-oxidizing bacteria)을 비롯하여, uncultivated microorganisms (marine group II 등)들의 생태학적 기능 연구를 수행함과 동시에 동물 모델을 활용한 다양한 질환에 있어 장내미생물(gut microbiota)에 대한 역할을 규명하기 위하여 연구에 몰두하고 있습니다. 이러한 다제학문적인 연구를 위하여 국내외 전문가그룹과 공동연구 네트워크를 형성하고 있습니다.

현재 본 연구실에서 중점적으로 수행하고 있는 연구 분야는 생지화학적 물질순환에 기여하는 미생물을 배양하고 그들의 분포와 생태학적 기능을 밝히는 것입니다. 배양 기술 및 분자생물학적 기술의 발달과 함께, 다양한 환경에 존재하는 배양이 되지 않은 많은 미생물의 존재를 알게 되었으며, 이들은 새로운 형태의 대사과정을 지니고 있는 것으로 밝혀져, 학계에 큰 임팩트를 주고 있습니다. 생태환경으로 부터 실험실에서 배양될 수 있는 미생물은 1%정도로, 아직까지 99% 미생물의 생태학적 기능등은 미스터리로 남아 있으며, 학계의 호기심을 자극하고 있습니다. 현재, 본 연구실에서는 nitrite-oxidizing bacteria, C1-compound refinery를 위한 methane oxidizer를 비롯하여, 해양환경에 존재하는 것으로 확인되어진 marine group II의 배양과 environmental Genomics 및 massive sequencing기법을 활용하여 생지화학적 측면에서의 이들 미생물의 생태학적 기능의 규명을 시도하고 있습니다. 본 실험실의 대학원 및 학부생들의 열정적인 연구와 논문작성을 통하여 미지의 미생물 생태학 연구를 주도하기 위한 힘찬 발걸음을 내딛고 있습니다. 이 분야에 꿈을 가지고 계시거나 궁금한 것을 가지신 분들은 언제든 문의 바랍니다.

본 연구에서는 처음으로 해양환경내에 주요 NOB인 Nitrospina의 기능성 유전자인 nitrite oxidoreductase를 이용하여 새로운 functional marker를 제작하여 NOB의 생태학적 기능을 유추하고 있습니다.
(1) Molecular analysis of the diversity of the nitrite oxidoreductase alpha subunit (nxrA) gene in marine sediment
(2) Cultivation NOB from various environments including marine sediments
(3) Genomic analysis of enriched NOB

본 연구에서는 특수환경으로부터 다양한 생리적 특성을 가진 Methanotrophs 배양기술 개발을 통한 C1 bio-refinery 공정에 유용한 Methanotrophs 자원을 확보하는 것입니다.
(1) Diversity analysis for particulate methane monooxygenase (pmo) gene from extreme environments
(2) Genomic and physiological characterization of cultivated MOB (methane-oxidizing bacteria)

본 연구는 최근 발효된 나고야 의정서의 대응을 위하여, 환경부에서 주관하는 과제로 국내의 특수 환경으로 부터 미생물 자원을 확보하여 그들의 특성을 규명을 통하여 국내 미생물 자원주권의 지위를 향상하고자 합니다. 특히 본 연구를 통하여 국내에서는 처음으로 대표적 발암물질인 비소(Arsenite)를 효과적으로 제거할 수 있는 미생물을 발굴하여, 본 미생물의 생리와 유전체 분석에 집중하고 있습니다.
(1) Indigenous microorganism cultivation from extreme environments
(2) Isolation and characterization analysis of the halophilic archaea isolated from solar saltern, Gomso
(3) Microbial community composition in the marine sediments of Jeju Island: next-generation sequencing surveys
(4) Diversity analysis for archaeal amoA gene in marine sediment of Svalbard, Arctic Circle

최근 다양한 연구에 따르면, 인류의 삶과 건강에 있어 장내미생물의 중요한 역할들이 규명되고 있습니다. 본 연구실에서는 특정 질환을 지닌 동물모델(돼지, 쥐등)을 이용하여, 장내균총의 다양성 및 주요 미생물군의 역할을 규명하고자 하고 있습니다.
(1) High-throughput 16S rRNA gene sequencing reveals alterations of mice intestinal microbiota after radiotherapy
(2) Characterization of the fecal microbiome in different swine groups by high-throughput sequencing
(3) Changes in the swine gut microbiota in response to porcine epidemic diarrhea infection

본 연구실에서는 과학자로서의 꿈을 향한 과정에서, 미생물학, 생화학, 분자생물학 및 바이오인포메틱스를 포함한 다제학문적인 연구기법을 활용하여, 다양환 환경시료로 부터 미생물의 군집 및 그들의 생태학적 기능을 규명하고 있습니다. 또한, 국내외 학술행사에 적극적으로 참여하고 있습니다. 본 연구실은 박사과정 1명, 석사과정 1명, 학사과정 1명으로 이루어진 소규모 랩으로써, 최대한 자율적이고 주체적인 연구를 수행할 수 있는 것이 장점입니다. 또한, 각 구성원들과의 토론식 분위기가 정착되어 있으며, 서로의 의견을 제시하고 더 향상된 연구방향을 추구하고 있습니다. 교수님은 언제나 면담을 환영하며, 학생들의 개별적인 의견을 존중하며, 학생 스스로 주도적인 연구를 수행할 수 있도록 지도하여 주시며, 필요하다면 직접 학생과 같이 실험도 진행하고 있습니다. 연중 친목을 다지기 위한 여러 이벤트들도 진행되고 있습니다.