Biomedical Engineering and Biotechnology Major
Genome Materials Engineering Lab게놈소재공학 연구실
염색체공학 (Chromosome Engineering)
염색체의 자유로운 가공 조작과 세포육종에의 응용을 목표로… .
(To aim application of cell breeding and versatile manipulation of chromosome… )
재조합 DNA기술의 발전으로 유전자를 자유자재로 변화시키고, 그것을 세포에 도입하여 야생형 유전자와 교환하는 것이 많은 생물에서 가능해졌습니다. 20세기 후반은 이러한 혁신적인 생명공학기반기술의 발전에 의해서 유전자변형을 통해 세포나 생물개체의 개조가 가능해지고 생명과학이 크게 발전한 시대라고 말할 수 있습니다. 그러나 이러한 기술들은 돌아보면, 확실히 유전자의 개조는 자유롭게 할 수 있지만, 유전자가 존재하고 있는 염색체를 자유자재로 변형, 개조시키는 기술, 예를 들어 염색제의 임의영역을 삭제한다든지 (deletion), 치환한다든지 (translocation), 또는 2개의 염색체를 하나로 만든다든지 (fusion) 하는 염색체 level 에서의 게놈조작기술은 아직 어느 생물에서도 확립되어 있지 않다고 말해도 과언이 아닙니다.
게놈소재공학 연구실에서는 21세기의 생명과학 기반기술로써 원하는 염색체 영역의 삭제, 치환, 단리, 이식 등을 가능하게 하는 염색체 분단기술(chromosome splitting)을 이용합니다. 염색체 분단기술은 효모 biotechnology에 직접적인 응용뿐만 아니라 진화나 게놈의 구축원리를 밝히기 위해서의 기초생명과학에 응용, 더욱이, 효모인공염색체(YAC)기술과의 조합에 의해서 효모를 세포공장으로 한 동,식물 염색체의 자유로운 가공조작을 가능하게 하는 등 폭넓은 응용이 가능하다고 생각하고 있습니다. 이러한 염색체의 자유로운 가공, 조작기술은 21세기의 생명과학에 있어서의 중요한 기반기술의 하나가 될 것이라고 생각하고 있습니다.
Genome Rearrangement
Optimal genome construction
유전자 편집기술 CRISPR/Cas9 system과 염색체가공기술의 융합을 목표로 …
(To aim combination of CRISPR/Cas9 system and chromosome manipulation technology….)
CRISPR/Cas9 system은 매우 효과적인 게놈편집기술 (genome editing tool)로서 염기서열의 표적을 위한 guide RNA (gRNA)와 핵산가수분해효소(nuclease) Cas9에 의한 염색체 DNA의 double- strand break (DSB) 유도를 기반으로 하는 시스템입니다. 또한 CRISPR/Cas9 system은 출아효모 (Saccharomyces cerevisiae)에서 매우 효과적으로 작동하며 손쉽게 DSB를 유도할 수 있어 염색체의 상동성재조합(homologous recombination)을 이용하는 염색체가공기술과의 융합이 더욱 기대됩니다.
게놈소재공학 연구실에서는 효모염색체의 가공을 통한 인공염색체의 구축을 위해 CRISPR/Cas9 system을 융합하여 보다 효율적인 효모인공염색체의 구축을 시도하고자 합니다. 이를 통해 산업적으로 유용한 유전자들의 클러스터 (Gene cluster)를 가진 염색체부위를 인공염색체화 하여 다른 균주에 도입(transplantation)함으로써 새로운 균주의 육종을 용이하게 할 수 있습니다. 또한 다양한 조건 및 환경에 적응할 수 있는 최적의 유전체를 가진 새로운 세포를 만드는 합성생물학(Synthetic biology)에 응용도 기대해 볼 수 있습니다.
바이오에너지 공학 (Bio-Energy Technology)
친환경 바이오 에탄올 생산을 목표로…
(To aim production of Eco-Bioethanol……)
최근 기후변화협약과 환경규제 강화에 의해 친환경 특성을 가지는 에너지 신소재 및 석유를 대체할 수 있는 바이오 연료(바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 등)를 개발하기 위한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있습니다. 현재까지는 주로 목질계, 천연섬유 등의 식물 셀룰로스 자원을 보강재로 이용하는 고분자 복합재료 혹은 이들 자원을 이용한 바이오 연료 제조 연구가 주로 많이 진행되고 있었으나, 식물계 바이오매스는 성장하는 성장속도가 느리고 리그닌 제거 공정의 단점 및 식용작물과의 경쟁으로 인한 곡물 가격 급등 등의 문제가 있어 새로운 바이오매스가 요구되어 지고 있는 실정입니다. 이에 새로운 바이오매스로 부각되는 해조류는 목재 등의 식물계 셀룰로스보다 성장속도가 빠르고 바다에서뿐만 아니라 농작물이 자라지 않는 자투리땅에서도 키울 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 특히, 해조류는 성장하는 동안에 광합성에 의해 이산화탄소를 흡수하고 폐수에서 발생하는 질소를 처리할 수 있는 능력도 있어 환경오염을 줄이는 데에도 도움을 줄 수 있습니다.
게놈소재공학 연구실에서는 해조류를 바이오매스로 이용한 바이오에탄올의 고효율 생산을 위한 유전체 재설계 균주시스템의 구축을 하고자 합니다. 새로운 바이오매스인 해조류 다당을 이용해 바이오연료 생산기술의 핵심인 다당류를 단당류로 쪼개는 '당화기술', 이를 다시 에탄올로 만드는 '발효기술' 의 효율성을 극대화하여 경쟁력 있는 친환경 바이오에탄올 생산을 하고자 합니다. 또한 해조류 바이오매스를 이용한 기능성 올리고당의 최적 생산을 위한 공정을 확립하고자 합니다.
