한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
박테리오파지(bacteriophage)는 세균(bacteria)을 감염시켜 숙주로 하는 바이러스입니다. 박테리오파지는 세균을 숙주로 하여 성장을 방해하기 때문에 식중독균, 항생제 내성균과 같은 인체에 유해한 균을 박테리오파지를 활용하여 control할 수 있습니다. 이는 최근에 항생제의 오남용으로 인하여, 항생제에 대한 내성을 갖는 세균의 증가 및 한 세균이 여러 항생제 내성을 갖는 다제내성균이 증가와 같은 문제점이 대두되고 있기 때문에 이러한 문제점을 해결하기 위해서 다양한 항생제 대체재가 연구되고있습니다. 그 중 하나로서 박테리오파지가 항생제 대체재로서 유해균을 저해시킬 수 있는 연구가 전세계적으로 많이 진행되고 있습니다.
박테리오파지는 두가지 생활사(life cycle)을 가지고 있는데, 첫번째는 박테리오파지의 DNA가 숙주인 세균의 genomic DNA에 들어가 프로파지(prophage)형태로 복제를 하게 되는 용원성 생활사(lysogenic cycle), 두번째는 박테리오파지가 숙주 세균을 감염 시킨 후 박테리오파지의 DNA가 복제되고, 박테리오파지의 구성이 되는 capsid, tail과 같은 몸통이 되는 단백질을 합성한 후 복제된 DNA를 포함하여 조립하여 숙주 세균의 펩티도글리칸(peptidoglycan) 층을 특정 효소로 분해하여 숙주 세균을 깨서 나오는 용균성 생활사(lytic cycle) 입니다. 이 때 용균성 생활사에서 나온 특정 효소가 바로 “Endolysin”이라는 효소인데 본 논문에서는 Clostridium perfringens 라는 식중독균을 숙주로 하는 박테리오파지 CPAS-15 의 endolysin을 기반으로 실험이 진행되었습니다.
본 논문에서는 CPAS-15의 endolysin인 LysCPAS15의 host range assay, 효소 안정성 시험, 식품적용시험을 통해 C. perfringens 저해 및 식품에 적용 가능성을 확인하였습니다. 또한 Endolysin효소는 Enzyme activity domain(EAD)와 cell-binding domain(CBD)라는 두 가지 domain으로 구성되어 있는데 이 중 CBD효소의 경우 모든 세균의 펩티도글리칸에 붙는 것이 아닌 박테리오파지가 숙주로 하는 특정 세균에만 특이적으로 붙게 됩니다. 본 논문에서는 이를 활용하여, CBD에 enhanced green fluorescence protein(EGFP)를 결합하여 fusion protein을 제작하였고 신속하게 식품으로부터 C. perfringens를 검출할 수 있는 새로운 검출 방법을 제시하여 Food chemistry에 게재되었습니다.
본 논문의 실험을 진행하고 있을 당시에는 경희대학교 식품생명공학과 소속이었지만, 이주훈 교수님께서 2020년 9월부로 서울대학교 식품·동물생명공학부로 임용이 되시면서 소속이 변경되어서 실험 당시 소속과 논문을 제출하고 리뷰하는 과정의 소속이 달라진 에피소드가 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
본 연구는 서울대학교 식품·동물생명공학부의 이주훈 교수님, 유상열 교수님 그리고 미국 University of Minnesota의 Daniel J. O’Sullivan 교수님과 함께 공동으로 수행되었습니다. 저는 이주훈 교수님 지도 아래 박사과정을 진행 중에 있습니다. 저희 연구실은 식품 마이크로바이옴 연구실로 현재 박테리오파지뿐만 아니라 식중독균, 프로바이오틱스, 장내 마이크로바이옴 등과 같은 식품과 관련된 미생물 및 생물정보학과 관련된 연구를 진행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
많은 연구원 분 들은 공감 하시겠지만, 실험이 항상 원하는 대로 진행되지는 않습니다. 이러한 경우 이를 해결하기 위해서 많은 노력과 오랜 시간을 투자하더라도 실험 결과가 원하는 바와 다르게 나올 경우 정말 많은 고민이 들게 합니다. 하지만 끊기 있게 실험을 진행하여 실험 결과가 가설을 증명해준 순간 느껴지는 쾌감이 대학원 생활을 버티게 해주는 원동력이 되는 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 학생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
식품산업에서 미생물학은 없어서는 안되는 필수적인 학문 분야입니다. 식품 미생물은 이전에 많이 연구되어 왔지만, 최근에 NGS의 발달로 유전체 수준과 메타 유전체 수준으로 접근이 가능해짐에 따라 연구분야가 무궁무진 해졌습니다. 이전의 식품 미생물학의 경우 실험을 기반으로 가설 검증을 하였지만, 현재는 NGS의 발달로 유전체 수준에서의 검증 및 예측까지 가능해졌습니다. 이러한 유전체 정보를 잘 활용하기 위해서는 생물정보학이 필수이기 때문에 미생물 유전체, 메타유전체, 장내 마이크로바이옴 등과 같은 분야에 관심이 있다면 대학원 진학 전 리눅스 기반 컴퓨터를 활용해보는 것도 큰 도움이 될 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 박테리오파지 뿐만 아니라, 식중독균, 프로바이오틱스, 장내 마이크로바이옴과 같은 다양한 분야를 공부하고 있습니다. 다양한 분야를 공부하는 것은 장단점이 존재하지만 실험을 진행할 때 여러가지 방면으로 실험 계획이 가능하다는 것이 가장 큰 장점이 아닐까 싶습니다. 여러 분야를 차근차근 공부하여 남은 박사과정을 잘 수행하여 박사학위를 받는 것이 우선적 목표입니다.
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