• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권3호
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• pp.521-529
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• 2016

Extensive use of antibiotics over recent decades has led to bacterial resistance against antibiotics, including gentamicin, one of the most effective aminoglycosides. The emergence of resistance is problematic for hospitals, since gentamicin is an important broad-spectrum antibiotic for the control of bacterial pathogens in the clinic. Previous study to identify gentamicin resistance genes from environmental samples have been conducted using culture-dependent screening methods. To overcome these limitations, we employed a metagenome-based culture-independent protocol to identify gentamicin resistance genes. Through functional screening of metagenome libraries derived from soil samples, a fosmid clone was selected as it conferred strong gentamicin resistance. To identify a specific functioning gene conferring gentamicin resistance from a selected fosmid clone (35-40 kb), a shot-gun library was constructed and four shot-gun clones (2-3 kb) were selected. Further characterization of these clones revealed that they contained sequences similar to that of the RNA ligase, T4 rnlA that is known as a toxin gene. The overexpression of the rnlA-like gene in Escherichia coli increased gentamicin resistance, indicating that this toxin gene modulates this trait. The results of our metagenome library analysis suggest that the rnlA-like gene may represent a new class of gentamicin resistance genes in pathogenic bacteria. In addition, we demonstrate that the soil metagenome can provide an important resource for the identification of antibiotic resistance genes, which are valuable molecular targets in efforts to overcome antibiotic resistance.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제50권2호
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• pp.165-192
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• 2022

본 논문에서는 실외 대기 환경의 바이오에어로졸 혹은 입자상물질의 미생물 메타게놈 특성과 이에 영향을 미치는 기후 및 환경 인자의 영향을 고찰하였다. 시료 채취 지역 및 환경 조건 특성별 대기 중 세균과 곰팡이 농도를 요약 하고, 에어로졸과 PM 시료의 세균과 곰팡이의 메타게놈 특성을 조사하기 위한 비배양법 기반 분석방법과 메타게놈 특성을 정리하였다. 또한, 세균과 곰팡이의 메타게놈 특성과 다양성 및 특성에 미치는 기상 인자와 환경 인자의 영향을 고찰하였다. 대기 중 미생물의 생존, 생장과 분산은 지역 기상 조건 및 대기 오염 물질에 의해 크게 영향을 받았다. 일반적으로 기온이 상승함에 따라 AM 농도는 증가하지만, 여름에는 고온과 강한 자외선의 영향으로 AM 농도가 감소하였다. 습도와 미생물 농도는 양의 상관성을 보이나, 습도가 너무 높으면 AM의 분산이 지연되었다. 이러한 종합적인 고찰 결과는 대기권에서 미생물의 역할과 기능을 이해하고, 이들 미생물에 의해 야기되는 환경 및 공중보건 문제를 해결하기 위한 전략 수립 및 저감 기술 개발에 활용될 수 있다.

• 생명과학회지
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• 제16권2호
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• pp.360-364
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• 2006

Fibrin clots of blood vessels are one of the serious factor caused cardiovascular disease. The development of a antithrombotic and thrombolysis solvent is necessary to prevent and treat these diseases. It has been reported that a strong fibrin-specific fibrinolytic enzyme was produced from a Korean fermented soybean paste similar to Japanese miso. We have been screened the known or novel fibrinolytic enzymes by activity-based and sequence-based screening from soil DNA metagenome library containing all kinds of environmental genomic DNA. The activity-based screening was determined the protease activity on 0.5% skim milk. For sequence-based screening, we designed a set of primer expanding gene sequence of fibrinolytic enzyme, performed PCR and selected clones showing the expected size of amplicons from metagenome library. Transformation of the gene encoding fibrinolytic enzyme was carried out with commercial vectors and their transformants were selected. Finally, we found 15 positive clones from metagenome library. Then each of sequences were analyzed and identified as similar or known the clones of nattokinase. We are going to perform full sequence of each clones, ligate with expression vector, transform into competent cells and then determine activity of expressed enzymes.

• KSBB Journal
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• 제21권2호
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• pp.144-150
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• 2006

본 연구는 메타게놈 유전자 특성과 E. coli에서 정상적으로 발현되는 유전자 특성을 생물정보학 기법으로 비교 분석하고 그 결과를 메타게놈 선별 연구에 활용하고자 하는데 그 목적을 두었다. 이를 위하여 메타게놈 유래의 URF 와 숙주세포로 이용되는 E. coli이 ORF에 대한 염기구조, 발현되는 단백질의 크기 및 분자량, 아미노산의 구성 및 코돈사용은 물론 전사와 번역에 관여하는 프로모터 부위와 리보솜 결합부위의 보존서열 특성을 비교 분석하였다. 메타게놈과 E. coli가 합성하는 단백질의 크기와 분자량은 매우 비슷한 경향을 보였으나, 아미노산의 조성비, G+C 함량 및 코돈사용에서는 매우 다른 경향을 나타내었다. 특히 전사와 번역에 직접적으로 관여하는 프로모터와 RBS 영역에서의 DNA 보존서열이 상당부분 부합되지 않아 E. coli에서 메타게놈의 발현율이 현저히 낮을 것으로 예측할 수 있었다. RBS와 같이 유전자 발현에 필수적인 조절인자가 메타게놈과 E. coli에서 큰 차이를 나타내는 문제점은 메타게놈으로부터 유용한 유전자원을 탐색하는 연구에서 심도있게 개선하여야 할 사항이다. 부분적으로는 라이브러리 구축에 사용되는 벡터 및 숙주의 개량을 통하여 위의 문제를 극복할 수도 있을 것이다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권9호
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• pp.1335-1342
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• 2020

The identification of bacterial pathogens to humans is critical for environmental microbial risk assessment. However, current methods for identifying pathogens in environmental samples are limited in their ability to detect highly diverse bacterial communities and accurately differentiate pathogens from commensal bacteria. In the present study, we suggest an improved approach using a combination of identification results obtained from multiple databases, including the multilocus sequence typing (MLST) database, virulence factor database (VFDB), and pathosystems resource integration center (PATRIC) databases to resolve current challenges. By integrating the identification results from multiple databases, potential bacterial pathogens in metagenomes were identified and classified into eight different groups. Based on the distribution of genes in each group, we proposed an equation to calculate the metagenomic pathogen identification index (MPII) of each metagenome based on the weighted abundance of identified sequences in each database. We found that the accuracy of pathogen identification was improved by using combinations of multiple databases compared to that of individual databases. When the approach was applied to environmental metagenomes, metagenomes associated with activated sludge were estimated with higher MPII than other environments (i.e., drinking water, ocean water, ocean sediment, and freshwater sediment). The calculated MPII values were statistically distinguishable among different environments (p < 0.05). These results demonstrate that the suggested approach allows more for more accurate identification of the pathogens associated with metagenomes.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권9호
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• pp.1670-1680
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• 2017

Lignocellulose, composed mostly of cellulose, hemicellulose, and lignin generated through secondary growth of woody plant, is considered as promising resources for biofuel. In order to use lignocellulose as a biofuel, biodegradation besides high-cost chemical treatments were applied, but knowledge on the decomposition of lignocellulose occurring in a natural environment is insufficient. We analyzed the 16S rRNA gene and metagenome to understand how the lignocellulose is decomposed naturally in decayed Torreya nucifera (L) of Bija forest (Bijarim) in Gotjawal, an ecologically distinct environment. A total of 464,360 reads were obtained from 16S rRNA gene sequencing, representing diverse phyla; Proteobacteria (51%), Bacteroidetes (11%) and Actinobacteria (10%). The metagenome analysis using single molecules real-time sequencing revealed that the assembled contigs determined originated from Proteobacteria (58%) and Actinobacteria (10.3%). Carbohydrate Active enZYmes (CAZy)- and Protein families (Pfam)-based analysis showed that Proteobacteria was involved in degrading whole lignocellulose, and Actinobacteria played a role only in a part of hemicellulose degradation. Combining these results, it suggested that Proteobacteria and Actinobacteria had selective biodegradation potential for different lignocellulose substrates. Thus, it is considered that understanding of the systemic microbial degradation pathways may be a useful strategy for recycle of lignocellulosic biomass, and the microbial enzymes in Bija forest can be useful natural resources in industrial processes.

• 미생물학회지
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• 제40권4호
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• pp.359-363
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• 2004

자연계에 존재하는 미생물의 대부분이 배양이 불가능하다는 것이 밝혀진 이후, 자연계의 시료로부터 직접 유전자를 클로닝하여 유용유전자를 발굴하는 메타제놈(metagenome) 이용 방법이 주목을 받게 되었다. 그러나 실제로 오염이 심한 환경시료로부터 DNA를 추출하여 유용한 메타제놈 라이브러리(metagenomic library)를 제작하기란 쉽지 않은 일이다. 따라서 본 연구에서는 실제 메타제놈 라이브러리를 제작할 때 만나는 기술적 문제점에 대한 해결 방법을 탐구하였다. 메타제놈 라이브러리 제작에는 fosmid vector가 가장 편리하였으며, 성공적인 라이브러리제작에는 fosmid vector에 클로닝이 가능한 40 kbp 크기의 DNA 조각을 얻는 과정이 중요함을 알았다. 여러 실험 조건을 종합적으로 검사한 후 메타제놈 라이브러리 제작에 대한 최적 방법을 제사하였다.

• Weed & Turfgrass Science
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• 제4권2호
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• pp.118-123
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• 2015

메타게놈(metagenome)은 연구실에서 배양이 불가능한 미생물을 포함한 자연계에 존재하는 미생물의 유전자를 직접 연구하는 학문분야이다. 지구상 거의 모든 자연, 인공 환경에서 살고 있는 미생물 DNA를 분리 정제하는 것이 가능하며, 재조합 DNA 기술 등을 이용하여 배양 가능한 숙주미생물에 메타지놈을 클로닝함으로서 메타지놈 라이브러리를 제작할 수 있다. 최근 메타게노믹스를 통하여 자연계에 존재하고 있는 대다수의 미생물들이 실험실에서 배양되지 않았던 이유를 구명할 수 있게 되었고, 그들이 가지고 있는 생태학적인 의미와 역할에 대한 이해와 더불어 점차 그 응용 분야와 범위도 확대되고 있다. 이와 같은 메타게놈의 응용 분야 확대의 한 방안으로 본 연구에서는 새로운 제초활성 물질 및 제초활성 물질 생산에 필요한 유전자를 확보하기 위해 메타게놈 라이브러리를 대상으로 오이 떡잎절편 검정, 미세조류 생장저해 검정, 종자발아 저해 검정의 HTS (high throughput screening) 시스템을 구축하였고, 구축된 시스템으로부터 선발된 최종 단일 클론인 9-G1과 9-G12의 바랭이에 대한 in vivo assay를 통해 본 연구에서 개발한 HTS 시스템의 유효성을 확인 하였다. 후속연구로서 활성단일클론이 만들어내는 제초활성물질의 동정 및 제초활성물질을 합성하는 유전자군에 대한 연구를 수행 중에 있다.

• 한국해양생명과학회지
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• 제8권2호
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• pp.93-103
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• 2023

eDNA (environmental DNA)란 특정 환경에 서식하는 생물로부터 유래한 DNA를 의미한다. 환경 시료로부터 추출한 eDNA를 활용하면 해당 환경에 서식하는 생물들의 효율적이고 정확한 모니터링을 수행할 수 있다. 해수 시료로부터 얻은 eDNA를 기반으로 해양생물 다양성 연구를 수행할 수 있다. 해수 시료를 채집하고 이로부터 eDNA를 추출한 뒤, metagenome 분석을 통해 서식하는 해양생물의 종 동정과 다양성 분석이 가능하다. 본 리뷰에서는 이처럼 해수의 eDNA를 활용하여 해양 지역의 생물 다양성 연구를 수행하는 전체적인 과정을 제시하고 있다. 아직 국내에는 해양생물 다양성 연구를 위해 eDNA를 적용하는 방법이 보편화 되어있지 않으며, 본 리뷰를 기반으로 이와 같은 eDNA 연구 방법을 정립하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 실내환경 및 냄새 학회지
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• 제16권1호
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• pp.54-63
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• 2017

The Automobile HVAC system is a habitat for odor-associated fungal communities. We investigated the odor-associated fungal community in an automobile HVAC system using a high-throughput DNA sequencing method. The fungal community structure was evaluated via metagenome analysis. At the phylum level, Ascomycota and Basidiomycota were detected, accounting for 43.41% and 56.49% of the fungal community in the HVAC system, respectively. Columnosphaeria (8.31%), Didymella (5.60%), Davidiella (5.50%), Microxyphium (4.24%), unclassified Pleosporales (2.90%), and Cladosporium (2.79%) were abundant at phylum of Ascomycota and Christiansenia (36.72%), Rhodotorula (10.48%), and Sporidiobolus (2.34%) were abundant at phylum of Basidiomycota. A total of 22 genera of fungi were isolated and identified from the evaporators of the HVAC systems which support fungal growth and biofilm formation. Among them, Cladosporium, Penicillium, Aspergillus, and Alternaria are the most representative odor-associated fungi in HVAC systems. They were reported to form biofilm on the surface of HVAC systems with other bacteria by hypha. In addition, they produce various mVOCs such as 3-methyl-1-butanol, acetic acid, butanoic acid, and methyl isobutyl ketone. Our findings may be useful for extending the understanding of odor-associated fungal communities in automobile HVAC systems.