• 생명과학회지
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• 제30권8호
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• pp.701-707
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• 2020

Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/CRISPR associated protein (Cas)9을 이용하는 유전자 가위 기술은 미래 육종 기술로서 주목받고 있다. 본 연구에서는 3세대 유전자 가위 CRISPR/Cas9을 이용한 누에 kynurenine 3-monooxygenase (KMO) 유전자 편집을 통한 돌연변이 유발 및 선택 교배를 통하여 유전자의 세대간 전달을 분석하고자 하였다. 유전자 편집을 위하여 누에의 KMO 유전자에 대한 3종의 가이드 RNA를 제작하고, 제작된 gRNA는 Cas9 단백질과 복합체를 형성시켜 누에 세포주(BM-N)에 도입 후 T7 endonuclease I 분석을 수행하여 최적의 gRNA를 선발하였다. 선발된 K1N gRNA는 누에 유전자를 편집하기 위하여 Cas9 단백질과 복합체를 형성시킨 후 누에 초가 배아에 미세주사하고 사육하였다. 미세주사 후 부화율은 18% 가량으로 낮게 나타났으나 생존한 개체 중 돌연변이 발생율은 60% 이상으로 비교적 높게 나타났다. 돌연변이가 발생된 G0세대의 KMO 유전자는 이형접합자 형태로 나타났으며, 표현형의 변화는 관찰되지 않았다. 하지만 이형접합자들 사이의 근친 교배에 의해 탄생한 G1세대 돌연변이에서는 일부에서 알과 눈의 색 변화가 확인되었으며, 변이가 확인된 개체들사이의 근친교배를 통해 생산된 G2세대에서는 모든 개체에서 표현형의 변화가 나타났다. 이러한 결과에 비추어 볼 때, 유전자 가위를 이용한 돌연변이 육종에는 한계가 있으나 전통 교배 육종과 융합을 통하여 육종 기간을 비약적으로 단축시킬 수 있는 곤충 육종 기술로 발전가능성이 높다고 판단된다.

• BMB Reports
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• 제50권5호
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• pp.247-256
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• 2017

CRISPR/Cas9 is the latest tool introduced in the field of genome engineering and is so far the best genome-editing tool as compared to its precedents such as, meganucleases, zinc finger nucleases (ZFNs) and transcription activator-like effectors (TALENs). The simple design and assembly of the CRISPR/Cas9 system makes genome editing easy to perform as it uses small guide RNAs that correspond to their DNA targets for high efficiency editing. This has helped open the doors for multiplexible genome targeting in many species that were intractable using old genetic perturbation techniques. Currently, The CRISPR system is revolutionizing the way biological researches are conducted and paves a bright future not only in research but also in medicine and biotechnology. In this review, we evaluated the history, types and structure, the mechanism of action of CRISPR/Cas System. In particular, we focused on the application of this powerful tool in autophagy research.

• Genomics & Informatics
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• 제20권1호
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• pp.2.1-2.11
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• 2022

The method of single-cell RNA sequencing has been rapidly developed, and numerous experiments have been conducted over the past decade. Their results allow us to recognize various subpopulations and rare cell states in tissues, tumors, and immune systems that are previously unidentified, and guide us to understand fundamental biological processes that determine cell identity based on single-cell gene expression profiles. However, it is still challenging to understand the principle of comprehensive gene regulation that determines the cell fate only with transcriptome, a consequential output of the gene expression program. To elucidate the mechanisms related to the origin and maintenance of comprehensive single-cell transcriptome, we require a corresponding single-cell epigenome, which is a differentiated information of each cell with an identical genome. This review deals with the current development of single-cell epigenomic library construction methods, including multi-omics tools with crucial factors and additional requirements in the future focusing on DNA methylation, chromatin accessibility, and histone post-translational modifications. The study of cellular differentiation and the disease occurrence at a single-cell level has taken the first step with single-cell transcriptome and is now taking the next step with single-cell epigenome.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.312-320
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• 2020

본 연구의 목적은 Ribosomal Database Project에서 공적으로 활용 가능한 16S rRNA 유전자 시퀀스들의 메타분석을 통해 반추위 고세균의 계통발생 다양성을 조사하는 것이다. 총 8,416개의 시퀀스가 Ribosomal Database Project(출시버전 11, 업데이트 5)로부터 회수되었고, taxonomy tree를 구축하는데 사용되었다. Species 수준의 OTUs가 97% sequence 유사성 기준으로 QIIME 프로그램을 사용하여 분석되었다. 총 8,416개의 시퀀스 중에서 8,412개의 시퀀스는 총 3개의 문으로 분류되었고, 나머지 4개의 시퀀스는 어떤 알려진 문으로 분류되지 못했다. Euryarchaeota는 가장 우점하는 문으로, 전체 고세균 시퀀스의 99.8%를 차지하였다. 이 중에서 차례로 Methanobrevibacter가 65.4%, Methanosphaera가 10.4%, Methanomassillicoccus가 10.4%, Methanomicrobium가 7.9%, Methanobacterium가 1.9%, Methanimicrococcus가 0.5%, Methanosarcina가 0.1%, Methanoculleus가 0.1%를 차지하였다. V2와 V3 영역으로 자른 7,544개의 시퀀스는 493개의 OTUs로 분류되었다. 총 493 OTUs 중에서 단지 17개만 우점하였고, 총 7,544 시퀀스 중 1% 이상을 차지하였다. 본 연구는 반추동물로 부터 메탄발생에 크게 기여하는 반추위 우점 메탄생성균 분석에 대한 향후 연구를 인도하는데 도움을 주고, 사료나 가축품종이 달라져도 이러한 메탄생성균을 억제하는 메탄저감제를 개발하는데 도움을 줄 것이다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권9호
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• pp.1301-1306
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• 2012

We combined real-time RT-PCR and real-time PCR (R/P) assays using a hydrolysis probe to detect Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC)-specific 16S rRNA and its rRNA gene (rDNA). The assay was applied to 28 non-respiratory and 207 respiratory specimens from 218 patients. Total nucleic acids (including RNA and DNA) were extracted from samples, and results were considered positive if the repeat RT-PCR threshold cycle was ${\leq}35$ and the ratio of real-time RT-PCR and real-time PCR load was ${\geq}1.51$. The results were compared with those from existing methods, including smear, culture, and real-time PCR. Following resolution of the discrepant results between R/P assay and culture, the overall sensitivity, specificity, positive predictive values (PPV), and negative predictive values (NPV) of all samples (including non-respiratory and respiratory specimens) were 98.2%, 97.2%, 91.7%, and 99.4%, respectively, for R/P assay, and 83.9%, 89.9%, 72.3%, and 94.7%, respectively, for real-time PCR. Furthermore, the R/P assay of four patient samples showed a higher ratio before treatment than after several days of treatment. We conclude that the R/P assay is a rapid and accurate method for direct detection of MTBC, which can distinguish viable and nonviable MTBC, and thus may guide patient therapy and public health decisions.

• 생명과학회지
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• 제30권6호
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• pp.570-579
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• 2020

Pre-mRNA의 스플라이싱은 진핵생물 유전자의 적절한 발현에 매우 중요한 역할을 한다. 선택적 스플라이싱은 스플라이싱 위치가 서로 다르게 인식될 때 발생하며 동일한 pre-mRNA로부터 둘 이상의 전사체와 단백질을 생성할 수 있다. 스플라이싱 위치의 결정은 스플라이소솜과 SR 단백질, hnRNP, CBP 등의 스플라이싱 인자에 의해 조절된다. 고온, 저온, 고염, 건조, 저산소 등 다양한 환경 스트레스 조건에서 식물의 많은 스트레스 반응 유전자에 대해 선택적 스플라이싱이 일어나는 것이 알려져 있으며, 이러한 선택적 스플라이싱은 식물이 환경 변화에 적응하기 위한 중요한 기작 중 하나로 여겨진다. 저온, 고온, 고염, 건조 스트레스 조건에서는 스플라이싱 인자의 발현이 변하거나 또는 정상 조건에서와는 다른 스플라이싱 활성을 가짐으로써 선택적 스플라이싱이 일어난다. 환경 스트레스 반응 유전자의 스플라이싱 이소형은 각각 환경 스트레스에 대해 서로 다른 반응을 보이는데 생성되는 조직이 서로 다르기도 하고, 일부 이소형은 넌센스-매개 분해에 의해 분해되기도 한다. 스플라이싱 이소형의 단백질은 환경 스트레스 조건에서 정상 조건과 비교하여 세포 내 위치가 다르기도 하고, 전사인자 또는 효소로서 다른 활성을 가지기도 한다. 이러한 다양한 연구에도 불구하고 식물의 환경 스트레스 반응에서 선택적 스플라이싱에 대한 연구는 일부 스트레스와 유전자에 국한 되어 있고, 아직 분자 기전이 제대로 밝혀지지 않은 부분이 많아 앞으로 더 많은 연구가 필요하다.

• 대한상부위장관⦁헬리코박터학회지
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• 제18권4호
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• pp.277-279
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• 2018

전 세계적으로 Helicobacter pylori의 항생제 내성률은 지속적으로 증가하고 있으며, 기존의 제균 치료에 실패한 H. pylori 감염 환자들에 대한 효과적인 구제요법(rescue therapy)의 필요성 역시 증가하고 있다. 이 연구는 두 개 기관, 공개, 평행 그룹, 무작위 배정 연구로서 불응성 H. pylori 감염 환자들의 구제요법으로 유전자형 내성을 기반한 치료(genotype resistance-guided therapy)와 경험적 치료(empirical therapy) 중 어느 것이 보다 효과적인지를 비교하고자 하였다. 2012년 10월부터 2017년 9월까지 20세 이상의 불응성 H. pylori 감염 환자들을 대상으로 하였으며, 불응성 H. pylori 감염은 과거 두 종류 이상의 H. pylori 제균 치료를 받았음에도 불구하고 H. pylori 제균에 실패한 환자들로 정의하였다. 이들에게서 한 군은 14일간의 유전자형 내성을 기반한 순차 치료(n=21 in trial 1, n=205 in trial 2)를, 다른 한 군은 환자들의 과거 제균 치료 종류를 감안한 14일간의 경험적 순차 치료(n=20 in trial 1, n=205 in trial 2)를 시행하였다. 순차 치료법은 첫 7일은 esomeprazole 40 mg과 amoxicillin 1 g을 하루 두 번 복용한 다음, 나머지 7일은 esomeprazole 40 mg과 metronidazole 500 mg, 그리고 1) levofloxacin 250 mg 또는 2) clarithromycin 500 mg 또는 3) tetracycline 500 mg을 하루 두 번 복용하는 것으로 구성하였다. 23S ribosomal RNA (rRNA)나 gyrase A에 대한 내성 관련 돌연변이 여부는 direct sequencing을 통한 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR) 검사를 이용하였고, 제균 성공 여부는 요소호기검사를 통해 확인하였다. 일차 결과 지표는 치료 방법에 따른 제균율로 정하였다. Trial 1에서는 tetracycline 대신 doxycycline 100 mg을 사용하였는데, 제균 성공률이 유전자형 내성을 기반한 치료군에서는 17명(81%), 경험적 치료군에서는 12명(60%)으로 나타났다(P=0.181). 하지만, 다른 순차 치료군들과 비교하였을 때, doxycycline을 포함한 순차 치료군의 제균율이 현저히 낮은 것으로 나타나서(15/26, 57.7%) doxycycline을 포함한 순차 치료법은 종결하기로 하고, trial 2부터는 doxycycline 대신 tetracycline으로 교체하여 연구를 지속하였다. Trial 2의 intention-to-treat (ITT) 분석 결과, 유전자형 내성을 기반한 치료군에서는 160/205명(78%), 경험적 치료군에서는 148/205명(72.2%)으로 두 그룹 간의 통계적인 제균율의 차이는 보여주지 못하였다(P=0.170). 부작용 및 환자 순응도에서도 양 군 간의 의미 있는 차이는 없었다. 따라서, 두 종류 이상 H. pylori 제균 치료에 실패한 환자들이라고 할지라도 기존의 제균 치료력을 바탕으로 적절한 경험적 치료를 시행하는 것은 유전자형 내성을 기반한 치료 정도의 효과는 있으며 접근성, 비용, 환자들의 선호도 등의 여러 가지 부가적인 사항들을 고려할 때, 제균 치료력을 고려한 경험적 치료는 간단한 수준의 유전자형 내성을 기반한 치료의 대안으로 받아들여질 수 있을 것으로 제안하였다.

• 대한임상검사과학회지
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• 제54권4호
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• pp.239-248
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• 2022

임상미생물학 분야에서 세균의 분류는 끊임없이 변화하는 상태에 있다. 무산소성 세균의 대규모 분류와 명명법은 지난 수십년 동안 발생되었는데, 주로 16S rRNA 염기서열 분석 및 전체 게놈 염기서열(WGS) 분석과 같은 분자 기술의 발전 때문이다. 새로운 균속과 균종이 추가되었고, 기존 균종과 균속은 재분류되었거나 재명명되었다. 임상미생물검사실의 주요 역할은 임상적으로 중요한 세균의 정확한 동정 및 적절한 감수성 시험, 그리고 신속한 보고 및 임상의와의 의사 소통이다. 무산소성 세균의 분류학적 변화는 진단적으로 적절한 보고 항균제의 선택과 항균제 감수성 해석 기준의 적용에 잠정적으로 영향을 미칠 수 있다. 이는 신흥 병원성 무산소성 세균의 항균제 내성 및 잘못된 동정은 환자 치료에 있어서 부적절한 경험적 치료를 유발할 수 있기 때문이다. 따라서, 임상미생물검사실은 주기적으로 무산소성 세균의 분류학적 변경 사항을 업데이트하고, 임상의에게 이러한 변경 사항을 적절하게 알려야 한다. 이 논문에서는 임상적으로 중요한 무산소성 세균의 분류에 관한 업데이트을 제시하였고, 이전의 균명 또는 동의어을 함께 기술하였다. 무산소성 세균의 분류 업데이트는 무산소성 세균 감염에 대한 항균제 요법을 안내하고, 치료 실패를 예방하는데 임상미생물검사실과 임상의 모두에게 도움이 될 수 있다.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권3호
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• pp.227-237
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• 2008

STATEMENT OF PROBLEM: Zirconium oxide can be a substitute to titanium as implant materials to solve the esthetic problems of dark color in the gingival portion of implant restorations. PURPOSE: This study was performed to define attachment and growth behavior of osteoblast- like cells cultured on grooved surfaces of zirconium oxide and evaluate the genetic effect of zirconium oxide surfaces using the reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR). MATERIAL AND METHODS: MC3T3-E1 cells were cultured on (1) commercially pure titanium discs with smooth surface (T group), (2) yttrium-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) with machined surface (ZS group), and (3) Y-TZP with $100{\mu}m$ grooves (ZG group). Cell proliferation activity was evaluated through MTT assay and cell morphology was examined by SEM. The mRNA expression of Runx2, alkaline phosphatase, osteocalcin, TGF-${\beta}1$, IGF-1, G3PDH in E1 cells were evaluated by RT-PCR. RESULTS: From the MTT assay, after 48 hours of adhesion of MC3T3-E1 cells, the mean optical density value of T group and ZG group significantly increased compared to the ZS group. SEM images of osteoblast-like cells showed that significantly more cells were observed to attach to the grooves and appeared to follow the direction of the grooves. After 24 hours of cell adhesion, more spreading and flattening of cells with active filopodia formation occurred. Results of RT-PCR suggest that T group, ZS group, and ZG group showed comparable osteoblast-specific gene expression after 24 hours of cell incubation. CONCLUSION: Surface topography and material of implants can play an important role in expression of osteoblast phenotype markers. Zirconia ceramic showed comparable biological responses of osteoblast-like cells with titanium during a short-time cell culture period. Also, grooves influence cell spreading and guide the cells to be aligned within surface grooves.

• Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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• 제28권6호
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• pp.456-463
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• 2002

Distraction osteogenesis is a well-established clinical treatment for limb length discrepancy and skeletal deformities. Appropriate mechanical tension-stress is believed not to break the callus but rather to stimulate osteogenesis. In contrast to fracture healing, the mode of bone formation in distraction osteogenesis is primarily intramembranous ossification. Although the biomechanical, histological, and ultrastructural changes associated with distraction osteogenesis have been widely described, the basic biology of the process is still not well known. Moreover, the molecular mechanisms in distraction osteogenesis remain largely unclear. Recent studies have implicated the growth factor cascade is likely to play an important role in distraction. And current reserch suggested that mechanical tension-stress modulates cell shape and phenotype, and stimulates the expression of the mRNA for bone matrix proteins. This article presents the hypotheses and current research that have furthered knowledge of the molecular biology that govern distraction osteogenesis. The gene regulation of growth factors and extracellular matrix proteins during distraction osteogenesis are discussed in this article. It is believed that understanding the biomolecular mechanisms that mediate distraction osteogenesis may guide the development of targeted strategies designed to improve distraction osteogenesis and accelerate bone healing.