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- 식품생명공학과 우한민 교수, ‘RNA 유전자 가위’로 미생물 세포공장 개발 가속화 NEW
- 식품생명공학과 우한민 교수, ‘RNA 유전자 가위’로 미생물 세포공장 개발 가속화 - 박테리아 크리스퍼 RNA 간섭기술 개발로 합성생물학 원천기술 개발 확보 - 의료, 식품, 고부가 소재 생산 분야에 적용할 수 있는 세포공장 ▲ 식품생명공학과 우한민 교수(왼쪽, 교신저자)와 고숭천 박사(오른쪽, 제1저자) 식품생명공학과 우한민 교수 연구팀은 dead Cas13a RNA 유전자 가위로 박테리아에서 존재하지 않는 RNA 간섭시스템*을 개발했고, 자동화 바이오파운드리기술**을 적용하여 효율적인 세포공장을 개발했다고 29일 밝혔다. * RNA 간섭시스템(RNA interference): small RNA 및 messenger RNA등 RNA의 원래 기능을 제한할 수 있는 시스템으로, 다양한 유전자의 조절에 관여 ** 바이오파운드리: 주문자 반도체 생산시스템과 유사하게, 생물시스템을 디자인하고 자동화 장비를 활용하여 고속으로 합성생물학 부품 및 세포공장을 개발할 수 있는 바이오제조 핵심 자동화 시설(예: 성균관대 바이오파운드리). 세포공장은 지속가능한 바이오 연료, 의·약학 및 식품 소재, 화학 소재를 생산할 수 있는 산업용 박테리아로, 다양한 합성생물학 도구를 활용하여 유전자 발현을 조절하고, 대사흐름을 제어하여 세포공장의 소재 생산성을 극대화할 수 있다. ▲ RNA 유전자 가위를 이용한 박테리아 RNA 개발과 세포공장 개발 가속화 이번 연구는 RNA를 자르는 효소적 기능만 상실된 dead Cas13a(dCas13a) RNA 유전자 가위를 이용하여, 박테리아 세포 내 존재하는 다양한 small RNA*의 발현을 억제하는 기술을 개발하였다. 이를 통해 기존의 기술로 제어할 수 없었던 박테리아 내 ‘트랜스-스몰 RNA’와 ‘시스-스몰 RNA’를 제어할 수 있는 원천기술을 획득하였다. 이 기술은 고등 생물에 존재하는 RNA 간섭기술과 유사한 기술로 박테리아에서도 고도의 유전자 발현을 제어할 수 있음을 의미한다. * small RNA: non-coding RNA로 세포 내 다양한 환경에서 특정 유전자의 발현을 조절하는 핵심적 기능을 갖고 있는 200bp 이하의 짧은 RNA이다. 또한, 모듈러 루프 가이드 RNA를 추가로 개발하여, 타겟 RNA 발현을 66%에서 92%까지 다양하게 억제할 수 있는 기술을 확보하였으며, 이 응용 기술을 활용하여 박테리아에 많이 존재하는 폴리시스트로닉 유전자의 발현에 적용하였다. 그 결과, 기존 CRISPRi 유전자 저해 기술로 가능할 수 없었던 폴리시스트로닉 개별 유전자의 억제도 가능하게 되어, 세포공장을 효과적으로 개발할 수 있는 원천기술을 제공하게 되었다. 더 나아가 이번 RNA 유전자 가위의 박테리아 RNA 간섭기술을 활용하여, 항산화제로 사용될 수 있는 라이코펜 생산 세포공장 개발에 적용하였으며, 바이오파운드리기술을 활용하여 알려진 93개의 대장균의 sRNA를 로봇으로 제작하고, 그 라이브러리 중 라이코펜의 생산성을 향상할 수 있는 신규 타겟 sRNA를 스크리닝할 수 있게 되었다. 따라서 대사반응에 직접 관여하는 효소 유전자의 발현 조절만 개발하던 기존 대사공학 접근법을 넘어서, 타겟 sRNA를 통한 하위 유전자의 발현을 조절하는 새로운 대사공학 접근법을 제시할 수 있었다. 이번 연구를 통하여 박테리아 RNA 간섭 기술과 함께 바이오제조의 핵심 기술인 바이오파운드리기술로 대규모 가이드 RNA를 제작하고, 세포공장용 박테리아를 형질 전환하고, 타겟 물질을 스크리닝 하여 일련의 DBTL* 과정을 자동화하여 세포공장 개발의 가속화 할 것으로 기대된다. * DBTL: 합성생물학의 연구 철학인 Design-Build-Test-Learn Cycle을 의미한다. 우한민 교수(바이오파운드리연구센터장)는 “이번 박테리아 RNA 간섭 원천기술과 바이오파운드리기술을 확보한 만큼 첨단 합성생물학기술을 통한 다양한 난제를 해결하고 새로운 의료 및 식품 분야, 고부가 소재 생산 분야에 적용할 수 있는 세포공장 개발에 앞서겠다.”고 설명했다. 한편 이 연구결과는 11월 28일(화) 세계적 학술지인 ‘Nucleic Acids Research’를 통해 온라인판으로 공개됐다. 이번 연구성과는 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원, 기초연구실지원사업, 미생물 제어 및 응용 원천기술개발사업 및 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제의 지원을 받아 수행되었다. 해당 원천기술은 국내 특허 등록이 2022년 완료되었다(특허등록번호 10-2422842). ※ 저널: Nucleic Acids Research (2023), Impact factor 14.9 (2022년 기준), JCR 생화학 및 분자생물학 분야 상위 3.3% 저널 ※ 논문제목: CRISPR-dCas13a system for programmable small RNAs and polycistronic mRNA repression in bacteria ※ DOI: 10.1093/nar/gkad1130
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- 작성일 2023-11-30
- 조회수 32
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- 식품생명공학과 박사학위 취득자(22후기/23전기) 학위연구 내용소개
- 식품생명공학과는 2022학년도 후기와 2023학년도 전기에 네 명의 박사학위 취득자를 배출하였으며, 다음은 이들이 학위 취득을 위해 연구한 내용의 요약이다. 이미은(분자식품생명공학연구실) 학우는 공기 중 이산화탄소를 이용하여 광합성을 할 수 있는 세균인 시아노 박테리아 Synechococcus elongates PCC7942에 대한 연구를 진행하였다. 먼저 시아노박테리아의 유전자 발현이 일주기 리듬을 갖는 원리를 이용, 크리스퍼 인터피어런스(CRISPRi) 기술과 융합하여 명암과 전사촉진제에 따라 유전자 발현을 조절하는 논리회로를 구축하였고, 크리스퍼 기술을 기반으로 하는 유전체 편집 신기술(Cytidine base editing)을 시아노박테리아 종에서 최초로 성공시켰다. 특히 공기 중 이산화탄소만으로 성장이 가능한 시아노박테리아를 ‘고부가산물 합성 생물공장’으로써 이용하려고 할 때, 가용한 유전자 발현 도구와 유전체 편집 도구의 저변을 넓혔다는 데 의의가 있다. 박재현(분자식품생명공학연구실) 학우는 학위 연구를 통해 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 이용하여 최신유전자 편집 및 응용기술인 크리스퍼/카스 시스템을 본 균주에 접목시켜 고효율의 스쿠알렌을 생산하였다. 연구 결과는 ACS Sustainable chemical & engineering (IF: 9.2), Microbial cell factories nutrients (IF: 6.5). Journal of agricultural food chemistry (IF: 5.9) 저널을 통해 발표되었다. 본 연구는 아미노산을 대량 생산하는 미생물 균주(코리네박테리움 글루타미쿰)를 이용하여 최신유전자 편집 및 응용기술인 크리스퍼/카스 시스템을 균주에 접목시켜 고순도 및 고효율의 스쿠알렌 생산을 성공했다는데 의의가 있다. 최형석(식품화학연구실) 학우는 불포화 지방산인 올레산과 리놀레산이 20종의 아미노산과 반응할 때 생성되는 휘발성분에 대한 총괄적인 연구를 진행하였다. 최근 식물성 오일과 식물성 단백질을 이용하여 식물성 고기를 만드는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 어떤 오일과 단백질을 선정해야 할지에 대학 객관적이고 과학적인 근거가 부족한 상황이다. 본 연구는 fatty flavor을 가지는 질소물질과 fruity flavor을 가지는 메틸케톤의 생성에 대한 지방산과 아미노산의 역할을 규명함으로써, 식물성 고기에 대한 기초적인 연구와 제조산업에 기여할 수 있다는데 의의가 있다. 박건희(기능성식품연구실) 학우는 학위 연구를 통해 산자나무열매 추출물이, 조골세포로 분화될 수 있는 마우스 중간엽 줄기세포 C3H10T1/2 cell과 골다공증을 유도한 마우스 내에서 유의미한 항골다공증 활성을 나타낸다는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 Nutrients (IF: 6.7) 저널을 통해 발표되었다. 산자나무는 전세계적으로 가장 많이 연구된 원료 중 하나이고 항암, 항염, 항산화 등 밝혀진 활성이 많지만, 아직 항골다공증과 관련해서는 연구가 이루어지지 않았다. 그래서 본 연구는 산자나무의 다양한 효능 라이브러리에 항골다공증을 새롭게 추가하여 기능성 원료로서 갖는 산자나무 열매의 가치를 높였다는데 의의가 있다.
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- 작성일 2022-12-27
- 조회수 3708
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- 식품생명공학과 대학원생 - 해외 학회 발표(GBA2022)
- 식품생명공학과 분자식품생물공학연구실 고숭천, 김동재 대학원생이 지난 14일부터 16일까지 온오프라인으로 개최된 Global BioFoundries Alliance Meeting 2022 학술대회에 참석해 공동으로 2편의 연구성과를 발표했다. 본 발표는 바이오파운드리 시설 내 연구실 자동화의 주요 요인인 before-experiment unit에 대한 정의와 의미를 설명하고 이를 출력하는 소프트웨어인 Biofoundry Palette를 이용한 응용 연구에 대해 밝혔으며, 연구자가 대량의 실험 재료를 다룰 때의 다양한 요인과 그 중요성에 대해 설명하였다. 이는 향후 바이오파운드리 연구의 고도화 및 정밀성의 기반 지식으로 널리 활용될 수 있는 개념이다. 발표제목: Biofoundry Palette and its application for the biofoundy workflow: DNA assembly and deep learning framework 학술대회: Global BioFoundries Alliance Meeting 2022 (GBA2022)
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- 작성일 2022-10-18
- 조회수 1566
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- 2022년 식품생명공학과 FOOD CAMP 성료
- 2022년 식품생명공학과 3년만에 FOOD CAMP 개최 -9.22(목)~9.23(금) 만리포 수련원 식품생명공학과에서 3년만에 오프라인으로 9월 22일(목)부터 9월23일(금)까지 충남 태안 만리포 수련원에서 푸드 캠프를 진행하였다. 식품생명공학과 제47대 학생회 식과 함께는 다소 완화된 코로나 상황과 학생들의 대면 행사에 대한 수요, 학생-학생, 교수-학생 간의 소통의 확대를 위한 행사의 필요성을 체감하였다. 3년만에 진행된 푸드 캠프는 기존의 2박 3일의 형식이 아닌 1박 2일의 형식으로 진행되었으며, 대학원 설명회, 레크레이션, 조별 시간 등 다양한 컨텐츠로 구성되었다. [대학원 설명회] 식품생명공학과 학생, 자연과학계열 학생 및 복수전공생 등 다양한 학생들이 푸드 캠프에 지원하였으며, 13명으로 조를 구성하여 대학원 설명회, 레크레이션, 조별 시간을 통해 서로 간의 유대감을 향상시킬 수 있는 기회를 가졌다. 대학원 설명회에서는 식품생명공학과 내에 있는 대학원 별로 구체적인 분야와 대학원 진학에 대한 의문점을 해결할 수 있었으며, 레크레이션에서는 작년에 온라인 푸드 캠프에서 좋은 평가를 받았던 식품 관련 게임 등을 진행하여 식품생명공학과에 대한 관심을 유도할 수 있었다.
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- 작성일 2022-09-29
- 조회수 1909
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- 식품생명공학과 학부생 - SCI 논문 발표
- 식품생명공학과(학과장 우한민 교수)는 본 학과 학부생 조민구(16학번)이 분자식품생물공학연구실 박사과정 고숭천 대학원생과 공동으로 미국 화학회 합성생물학 저널에 연구 논문을 발표했다고 밝혔다. 본 연구는 바이오파운드리 시설 내 연구실 자동화를 도와주는 소프트웨어인 Biofoundry Palette를 개발한 내용으로, 연구자가 대량의 실험 재료를 다룰 때 손쉽게 자동화 실험을 진행을 도와줄 수 있는 혁신적인 소프트웨어 프로그램이다. 이는 향후 바이오파운드리 연구의 고도화 및 정밀성을 요구하는 실험에 널리 활용될 수 있다. 특히, 본 연구의 저자로 참여한 학부생 조민구 학생(식품생명공학과 4학년)은 실험 초기부터 대학원생들과 공동으로 연구를 진행하였고, 학부 졸업논문의 일환으로 연구를 수행하였으며, 그 결과가 세적적인 수준임을 인정 받아 미국 화학회 합성생물학 저널(ACS Synthetic Biology)에 논문 작성에 참여하여 우수한 성과를 달성하였다. 또한 교내 학생 창업에도 매진하면서 동시에 식품생명분야 생물공학에 관심을 갖고 IT와 BT의 융합 학업에 많은 노력을 기울이고 있다. 발표논문제목: Biofoundry Palette: Planning-assistant software for liquid handler-based experimentation and operation in the biofoundry workflow 발표저널: ACS Synthetic Biology DOI: 10.1021/acssynbio.2c00390 Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.2c00390
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- 작성일 2022-09-26
- 조회수 1340
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- 식품생명공학과 허진희 교수님 인터뷰
- 성균관대학교 제47대 식품생명공학과 학생회에서 2022년도에 새로 부임하신 허진희 교수님을 인터뷰하였습니다.
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- 작성일 2022-07-18
- 조회수 494
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스피드를 갖춘 새 시대의 성장엔진
바이오파운드리센터 - 스피드를 갖춘 새 시대의 성장엔진 바이오파운드리센터
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- 작성일 2022-02-23
- 조회수 437
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스피드를 갖춘 새 시대의 성장엔진
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