• 생명과학회지
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• 제29권11호
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• pp.1281-1293
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• 2019

근권은 식물 뿌리와 토양 미생물이 서로의 신호를 주고 받으며 끊임없이 상호반응하는 역동적인 장소이다. 근권 주위에서 식물의 생장과 생산성에 유익한 토양 미생물을 식물생장촉진근권미생물(Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR)이라 칭하며, 이 PGPR은 식물 전 생장기간동안 생물학적 및 비생물학적 스트레스에 대한 저항성, 식물 호르몬 조절, 영양분의 흡수와 이용 등에 영향을 끼침으로써 식물의 생장과 발달, 면역, 생산력 등 중요한 생명 과정에 관여한다. 그리고, PGPR은 식물 생장을 유도하는 2차 대사산물이나 휘발성 유기 화합물을 생산하고, 식물의 뿌리 역시 식물 유해한 인자 혹은 병원성 인자에 대항하여 자신을 보호하거나 토양 성질 개선을 위해, PGPR을 유인하고 정착시키기 위한 물질을 생산, 분비한다. 그러므로, 식물과 PGPR 사이의 상호작용은 필수적이면서도 상호의존적이다. 현재까지, PGPR에 대한 많은 연구는 직간접적 개념에 대하여 공통적 또는 다양한 조건들에서 여러 방식으로 PGPR의 기능을 밝히는 방향으로 전개되어 왔다. 본 총설에서는 세포분열과 팽창, 분화에 의한 식물의 생장과 발달의 촉진, 식물생장조절인자와 호르몬의 유도, 영양물질의 고정, 용해, 무기화를 촉진하기 위한 PGPR의 역할과 전략을 소개하였다. 또한 PGPR와 토양 미생물군의 효과에 대한 현재까지의 연구 정보를 요약하였다.

• 생명과학회지
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• 제31권1호
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• pp.59-65
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• 2021

Prunus mume Sieb. et Zucc는 아시아 전역에 분포되어 있으며 전통적으로 약과 음식에 사용되어져 왔다. 이러한 매실은 각종 유기산, 무기질 및 페놀성분이 다량으로 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 지금까지의 매실 연구 동향은 항산화, 항암, 항균 등의 연구에만 치중되어 있고 혈관 신생에 대한 연구는 거의 이루어져 있지 않다. 혈관 신생은 전이성 암의 일반적인 특징으로 이를 통하여 부족한 산소와 영양분을 타 조직에서 가지고 온다. 이 연구에서는 매실 부탄올 분획물의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 VEGF로 유도된 인체 혈관 내피 세포의 증식과 이동성, 침윤 및 모세혈관 형성 억제능을 평가함으로서 혈관신생 억제 활성에 대하여 조사하였다. 매실 부탄올 분획물은 높은 항산화능을 가지고 있는 폴리페놀(12.81 mg GAE/g)과 플라보노이드(28.4 mg QE/g)를 함유하고 있다. 매실 부탄올 분획물은 25-200 ㎍/ml의 농도에서 인체 혈관 내피 세포의 증식을 억제하지 않았으며 정상 세포에 독성을 나타내지 않았다. 또한 매실 부탄올 분획물은 인체 혈관 내피 세포에서 VEGF에 의한 이동성, 침윤 및 모세혈관 형성을 억제하였다. 이 결과는 매실 부탄올 분획물이 VEGF에 의해 유도된 인체 혈관 내피 세포의 혈관 신생활성을 억제하는 것을 시사하였다. 따라서 본 연구는 매실 부탄올 분획물이 혈관 신생 억제를 위한 잠재적인 치료제로서의 가능성이 있음을 확인하였다.

• 생명과학회지
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• 제31권5호
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• pp.527-535
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• 2021

라이소좀은 산성가수분해 효소를 가진 세포 내 소기관으로 단백질 및 고분자를 분해한다. 영양분 상태에 따라 세포 내 다양한 신호 전달 경로를 조절하는 신호 경로 중추로, 세포 항상성 조절에 중요한 역할을 한다. 따라서 이러한 라이소좀의 기능 이상은 라이소좀 저장질환, 퇴행성 신경질환 및 암을 발생시킬 수 있다. 암세포에서는 다양한 자극에 의한 lysosomal membrane permeabilization (LMP)가 일어날 수 있으며, 카텝신과 같은 라이소좀 내 효소 및 내용물이 세포질로 유출되어 다양한 형태의 라이소좀 의존적인 암세포사멸을 유도한다. 본 보고에서는 LMP 증가를 통한 다양한 형태의 세포사멸 유도 기전 및 항암제 민감성 증진에 대해 서술하였다. 미미한 LMP 유도는 일부 카텝신이 세포질로 유출되어 전형적인 세포사멸(apoptosis)을 일으키는 반면 강력한 LMP 유도는 라이소좀의 파열로 많은 카텝신 및 활성산소의 유출로 non-apoptotic 세포사멸을 일으킨다. 이러한 LMP 유도는 라이조솜 내에 포획된 항암제가 세포질로 유출되어 다른 타겟 소기관으로 작용하여 항암제에 대한 내성을 극복하고 민감성을 증진시킬 수 있다. 따라서, LMP 유도제 및 라이소좀 항성 작용제(lysosomotropic agent)에 의한 라이소좀 막 분열은 종양치료에 있어 새로운 전략이 될 수 있다.

• 생명과학회지
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• 제32권4호
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• pp.318-324
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• 2022

PPARγ와 C/EBPα는 adipose tissue 발생에 필요한 핵심 adipogenic TFs이다. 두 TFs는 adipose tissue의 배아 발생에 있어 초기 adipogenesis와 adipocytes 유전자 발현을 조절한다. Adipose expansion은 adipose tissue가 태어난 뒤에도 계속 팽창이 지속되는 것을 말한다. 이러한 adipose expansion은 후기 adipogenesis의 과정인 lipogenesis가 요구된다. 특히 간과 adipose tissue은 탄수화물이 기본적으로 fatty acids으로 전환되는 de novo lipogenesis (DNL)의 주요 장기이다. Fatty acids는 이어서 glycerol-3-phosphate에 에스테르화되어 adipocytes의 lipid droplets 생성을 위해 triglycerides로 전환된다. 간의 DNL이 활발하게 연구가 된 반면, in vivo에서 adipocytes의 DNL은 아직 잘 알려져 있지 않다. 그러므로, adipose expansion과 DNL에 대한 이해는 비만, 2형 당뇨 그리고 대사성 질환을 위한 치료제 개발에 도움을 줄 수 있다. Adipocytes에서 DNL 유전자 발현은 ChREBP나 SREBP1a와 같은 lipogenic TFs 뿐 아니라, lipogenesis coactivator에 의해 전사 수준에서 조절된다. 최근 in vivo 연구에 의해 lipogenesis 유전자 발현과 adipose expansion의 새로운 측면이 밝혀졌다. 향후 구체적인 분자기전 연구는 어떻게 영양분이 DNL과 adipose expansion을 조절하는 지를 규명해 줄 것이다. 본 리뷰논문은 전사조절 관점에서 adipocytes와 adipose expansion에 있어 DNL에 대한 최신 연구결과를 요약정리 할 것이다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제61권1호
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• pp.229-238
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• 2022

동물 화분매개는 대부분 벌과 파리 등의 곤충에 의해서 이루어지는 매우 중요한 생태계 서비스 중 하나이다. 농업생산성의 유지와 영양분의 안정적 공급은 인류 복지의 근간이 된다. 이 연구는 한국 농업에서 화분매개가 식량 생산 증진에 미치는 기능을 평가하였다. 2015년 농업총조사, 농촌진흥청 농업 소득자료집, 기타 시장가격 자료 등의 농작물 재배와 생산액에 대한 자료에 화분매개 의존도를 반영하였다. 12개의 식량작물, 19개 과수, 18개 노지 채소와 13개 시설 채소 그리고 9개의 특용작물 등 71개 작물을 대상으로 한 분석에서, 전체 작물의 화분매개 의존도는 평균 29.2%이었으며, 식량작물이 가장 낮은 7.5%로 나타났다. 화분매개 의존량은 전체 농작물의 17.8%이었으며 그 경제적 가치는 6조 8.5천억원(65.1-71.9천억원)으로 추정되었다. 화분매개 의존 생산량은 시설 과채류에서 49.2%로 가장 높았고 과수가 42%, 특용작물이 35.9%를 차지하였다. 본 연구를 통해 곤충 화분매개는 한국 농업 생산에서 핵심적 과정이며 식량-영양안보적 관점에서 보호증진해야 하는 과정임이 분명해졌다. 농업에서 화분매개자를 보호하고 화분매개서비스를 강화할 수 있는 관리 전략으로 병해충-화분매개 통합관리(IPPM)개념과 추진 전략에 대하여 추가적으로 논의하였다.

• 생명과학회지
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• 제33권3호
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• pp.287-294
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• 2023

건강한 adipose tissue는 대사 항상성 통해 비만을 막는데 중요하다고 할 수 있다. Adipose tissue는 포도당과 지질 대사를 통해 에너지 균형에 중요한 역할을 한다. 영양분 상태에 따라, adipose tissue는 지질을 저장하여 커지기도 하고, 지질 분해를 통해 에너지를 소비하기도 한다. 게다가, adipose tissue는 호르몬 분비기관으로 작용이 부각되고 있다. 다양한 adipose tissue 호르몬이 존재하며, metabolic signaling을 통해 다른장기와 조직에 영향을 준다. 예를 들면, adipose tissue에서 분비하는 대표적인 펩타이드 호르몬(adipokine)은 섭식조절을 위해 뇌의 중추신경을 자극한다. 또한 adipocytes도 염증성 cytokines을 분비하여 adipose tissue의 immune cells을 표적으로 한다. 당연하게도, adipocytes는 지질에서 만들어지는 호르몬(lipokine)이 분비되어 특정 수용체와 결합하여 paracrine 및 endocrine으로 영향을 준다. 이러한 adipose tissue 호르몬에 의한 장기 조직 간의 상호작용을 이해하기 위해서는, 세부적인 adipocytes 및 다른 표적 세포에서 metabolic sig- naling이 규명되어야 한다. 그러므로, 과체중이나 비만의 건강하지 못한 adipose tissue에서는 metabolic sig- naling의 비정상적인 조절이 일어난다고 할 수 있다. 새로운 adipose metabolic signaling을 표적으로 하는 치료제는 항 비만 약물개발을 이끌어 낼 수 있다. 본 총설논문은 비만과 대사질환 관점에서 adipose tissue 호르몬과 metabolic signaling의 최신 연구결과를 요약 정리한다.

• 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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• 제12권3호
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• pp.125-132
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• 2023

본 연구에서는 식물의 영양분 흡수에 따른 식물 성장뿐만 아니라 기공 기능 및 광합성에도 영향을 끼치는 온실의 수증기압차(VPD, Vapor Pressure Deficit)예측을 위한 머신러닝 모델들의 성능을 비교해보았다. VPD 예측을 위해 온실 내·외부 환경요소 및 시계열 데이터의 시간적 요소들과의 상관관계를 확인하고 상관관계가 높은 요소들이 VPD에 어떤 영향을 미치는지 확인하였다. 예측 모델의 성능을 분석하기 전 분석 시계열 데이터의 양(1일, 3일, 7일), 간격(20분, 1시간)이 예측 성능에 미치는 영향을 확인하여 데이터의 양과 간격을 조절하였다. 마지막으로 4개의 머신러닝 예측 모델(XGB Regressor, LGBM Regressor, Random Forest Regressor 등)을 적용하여 모델별 예측 성능을 비교했다. 모델의 예측 결과로 20분 간격의 1일의 데이터를 사용했을 때 LGBM에서 MAE는 0.008, RMSE는 0.011의 가장 높은 예측 성능을 보였다. 또한 20분 후 VPD 예측에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 환경적 요인보다는 과거 20분 전의 VPD(VPD_y__71)임을 확인하였다. 본 연구의 결과를 활용하여 VPD 예측을 통해 작물의 생산성을 높이고, 온실의 결로, 병 발생 예방 등이 가능하다. 향후 온실의 환경 데이터 예측뿐만 아니라 더 나아가 생산량 예측, 스마트팜 제어 모델 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것이다.

• 환경영향평가
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• 제32권2호
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• pp.112-122
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• 2023

오염 토양의 생태적 기능을 회복하고 토양이 제공하는 생태적 서비스를 최대화하기 위해서는 오염물질에 의한 독성이나 위해성 외에도 토양생태계의 기능적인 측면인 생물서식처, 영양분 순환, 완충작용등과 같은 토양의 건강성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 정화토양의 건강성을 정량적으로 평가하는 방법을 제시하고 세척처리 및 토양경작처리 토양에 적용하여 제안한 평가방법의 적용 가능성을 살펴보았다. 토양의 생산성, 서식처, 수분보유능, 물질순환능, 완충능, 탄소보유능 등으로 토양 건강성 평가항목을 선정하고, 평가지표로 식물 성장, 지렁이 성장, 수분보유능, 미생물활성도, 양이온교환용량, 유기물함량 등을 활용하였다. 본 연구결과 오염물질 정화 후에도 토양 건강성이 온전히 회복되지 않는 것으로 나타났는데, 오히려 세척 토양의 경우와 같이 정화 전보다 건강성이 떨어지는 경우도 발생하였다. 반면에 유류 오염으로 인한 토양질의 변화는 크게 없는 반면, 토양건강성은 나빠지는 것으로 나타났으며, 경작처리 후 다소 개선된 토양질과는 달리, 토양 건강성은 여전히 회복하지 못한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구 결과 오염과 정화과정 중에 토양의 정화 효과를 평가할 경우에는 토양질과 토양건강성을 함께 고려하는 것이 바람직함을 보여 주었다. 정화 토양의 지속 가능한 이용 및 생태계 서비스 증진을 위해 본 연구에서 제시된 정화 토양의 건강성 평가 방법이 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
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• 제33권7호
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• pp.574-585
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• 2023

노인들에서 근감소증은 의료-간호비용 증가의 주요 원인 중 하나가 되고 있다. 한국에서는 근감소증 예방 대책이 일반적으로 특정 질병이 없는 노인들을 대상으로 하지만, 요양원-요양병원에서 집단 거주하는 노인들의 근감소증 대책도 필요하다. 근감소증은 운동량 감소, 단백질 및 영양분(미네랄, 비타민 포함) 섭취 감소, 테스토스테론 및 성장호르몬 변화, 염증 등의 원인으로 발생한다. 분자 생물학적인 정확한 병태생리 기전의 이해가 요구된다. 근감소증은 골다공증, 낙상으로 인한 골절, 치매, 당뇨병, 심혈관 질환 등의 증상을 연결될 수 있다. 비타민 B 패밀리(B1-3, B5-7, B9 및 B12) 결핍을 근감소증 유발의 연구 대상으로 선택한 이유는 다음과 같다. 이는 비타민 B가 에너지 및 단백질 대사에 직접 관여하여 정상적인 신경 기능 유지에 필수적이다. 비타민 B 결핍은 신경-근육 질환, 신경성 질환으로 나타날 수 있으며, 노인성 근감소증과 병행하는 경우가 많다. 노인들은 적정치 이하의 비타민 B 패밀리 섭취, 흡수 장애 및 무식증 문제 등을 겪을 가능성이 높다. 초고령화 사회에서 elderly가 자립적으로 일상생활을 할 수 있는 'health lifetime'을 유지하는 것은 개인의 행복추구와 사회경제적 부담을 줄일수 있는 최고의 목표이다. 본 연구는 근감소증과 관련하여 노인들의 근육량 감소 및 근육 기능 저하를 조절하는 수용성 비타민 B 패밀리의 최신 정보를 제공한다. 또한, 비타민 B 패밀리를 통한 마이오카인에 의한 근감소증의 조절 가능성도 소개한다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권3호
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• pp.861-866
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• 2023

화학비료와 넓은 공간이 있어야 하는 기존의 스마트팜과 달리, 수생생물과 작물간의 공생 관계를 활용하여 환경오염 및 기후 변화 등의 비정상적인 환경에서도 작물 재배가 가능한 아쿠아포닉스 농법이 활발하게 연구되고 있다. 해당 농법은 작물마다 생장에 필요한 환경과 영양분이 다르므로, 생장에 최적화된 수생생물 비율을 구성이 필요하다. 본 연구는 아쿠아포닉스 환경에 영상처리 기법을 활용하여 면적과 부피를 기준으로 생육 정도를 측정하는 방법을 제안한다. 배설물을 통해 유기물 생성하는 여러 종류의 민물고기와 상추 작물을 아쿠아포닉스 환경에 생육을 통해 검증하였다. 상추의 2D와 3D 영상 분석과 실시간 데이터 분석을 통해 상추의 면적 및 부피 정보를 활용하여 생장 정도를 평가하였다. 실험 결과, 상추의 면적과 부피 정보를 활용하여 재배관리가 가능하다는 것을 입증하였다. 수생생물과 생육 정보를 활용하여 농업인에게 생산 예측 서비스 제공과,변화하는 농업 환경에서의 문제점을 해결하는 시작점이 되어줄 것으로 보인다.