▷ 연구분야

 본 연구실은 크게 세 분야의 연구에 집중하고 있음. 첫째 가축 동물의 장내 마이크로바이옴 연구를 통한 생산성 및 강건성 증진 연구와, 둘째 유용한 진균 및 효모로 부터 유용물질을 생산 할 수 있는 유전자 발현 시스템 개발, 셋째로 진균 유래의 리그닌분해효소를 이용하여 바이오매스 전처리 기술의 개발 등에 관련된 연구를 진행하고 있음.

1. 가축 동물의 장내 마이크로바이옴 연구를 통한 생산성 및 강건성 증가 연구

○ 사람의 장내에는 약 500-1,000종의 세균이 존재하는 것으로 추정되며 세균 외에 바이러스와 곰팡이가 서로 복잡한 먹이사슬을 이루고, 각 미생물의 종간 균형의 차이에 따라 사람에게 유익한 영향과 유해한 영향을 동시에 줄 수 있음. 최근 소화기 계통 질병뿐 아니라 암, 비만, 자폐증, 알레르기와 같은 각종 질병들과 인체 내 미생물과의 상관성이 알려지면서 이러한 미생물의 분포와 역할에 대한 관심이 증가하고 있음.

○ 돼지의 경우에도 약 90% 이상이 사람의 장내 미생물과 같이 퍼미큐테스(Firmicutes)와 박테로이디테스(Bacteroidetes)에 속하는 것으로 보고되었으나 (Scientific Reports 8:6012, 2018) 사람의 장내미생물 연구와 같은 다양한 시도는 아직 진행되지 않은 상태임.

○ 본 연구에서는 제주 흑돈을 대상으로 성장기별 장내세균 및 박테리오파지의 메타게놈을 분석하고 probiotics를 포함하는 사료첨가에 따른 미생물 군집구조의 동적 변화를 분석하며, 장내 혐기성 미생물 대부분을 차지하고 있는 퍼미큐테스 및 박테리오디테스를 포함하는 다양한 종류의 혐기성세균을 분리 동정하여 돼지의 강건성에 기여할 유용균주를 개발하고자 함.

2. 효모 Pichia pastoris에서의 난발현성 재조합 단백질 발현 연구

○ 효모 Pichia pastoris를 이용한 단백질 생산 시스템으로서의 장점은 GRAS 균주이며, 실험실 환경에서 생물학 연구의 모델생물로 많이 연구된 Saccharomyces cerevisiae와 유전적 유사성이 커서 유전적 분석이 용이하고, 일반 배지에서 매우 잘 자라며 generation time이 짧아 high density culture가 가능하고, 단백질 발현시 과도한 glycosylation이 적어 재조합 단백질 생산에 유용하게 사용되고 있는 균주임. 또한 P. pastoris는 이종단백질의 발현에 Alcohol oxydase 유전자 (AOX) promoter를 이용한 methanol induction system을 기본 플랫폼으로 하며, 이러한 벡터 시스템을 통해 발현단백질 마다 생산량이 다르긴 하지만 외래 단백질의 생산에 현재까지 최대 35g/L 수율로 보고된바 있는 재조합 단백질 생산에 우수한 발현 시스템임

○ 이들 균주의 발현 시스템을 이용하여 의약용단백질로 활용되는 항체 및 의료용재조합 단백질의 생산 고도화 연구진행

3. 바이오매스의 당화를 위한 생물학적 전처리 기술개발

○ 목질계 바이오매스는 지구상에서 가장 많이 생산되는 재생 가능한 천연자원으로서 셀룰로스(cellulose), 헤미셀룰로스(hemicellulose) 및 리그닌(lignin)으로 구성되어 있으며 셀룰로스와 헤미셀룰로스는 당화 및 biorefinery 공정을 통해 바이오에탄올 등의 유용물질 생산의 원료로 사용이 가능함.

○ 리그닌은 메톡실화(methoxylation)된 쿠마릴 알코올(p-coumaryl alcohol), 코니퍼릴 알코올(coniferyl alcohol), 시나필 알코올(sinapyl alcohol)등이 중합되어 구성된 소수성의 거대분자량을 가지는 방향족 화합물로서 자연계에서 가장 분해가 어려운 물질로 간주되고 있으며 바이오매스의 종류에 따라 약 20% 내외의 함량을 차지

○ 최근들어 목재를 부패하여 생활하는 백색부후균 (Coriolus hirsutus) 또는 목재부후균 (Phanerochaete chrysosporium)이 리그닌을 분해하는 효소를 생산하는 것이 밝혀진 뒤 이들에 의해 생산되는 리그닌 분해효소를 바이오매스의 전처리 과정에 활용하는 “생물학적 전처리 방법”이 대안으로 제시되고 있음.

○ 본 연구실에서는 밤나무병원균 및 백색부후균에서 생산되는 리그닌 분해효소 유전자를 확보하고 바이오매스의 생물학적 전처리 과정에 필요한 최적의 리그닌 분해과정을 연구하는 중.

▷ 현재 수행중인 연구 프로젝트

▷ 발표논문

Publication list(최근 5년)

국제논문(SCI급)

1. Le, N.T.M., Le, V., Shin, D., Park, S.M. (2022). Growth-promoting Effect of Alginate Oligosaccharides on Rhodobacter sphaeroides. BIOTECHNOLOGY AND BIOPROCESS ENGINEERING 27: 99-104 (IF 3.386)

2. Huy, ND., Le, N.T.M., Chew, K.W., Park, S.M. Characterization of a recombinant laccase from Fusarium oxysporum HUIB02 for biochemical application on dyes removal (2021) Biochemical Engineering Journal 168: 107958 (IF 4.455)

3. Son, S., Lee, R., Park, S.M., Lee, S.H., Lee, H.K., Kim, Y., Shin, D. (2021) Complete genome sequencing and comparative genomic analysis of Lactobacillus acidophilus C5 as a potential canine probiotics. Journal of Animal Science and Technology 63: 1411-1422. (IF 1.801)

4. Huy, N.D., Saravanakumar, T., Ha, S.H., Park, S.M. (2020) Enhanced Enzymatic Saccharification of Wheat Flour Arabinoxylan and Barley Straw Using Recombinant Hemicellulases. BIOTECHNOLOGY AND BIOPROCESS ENGINEERING 25: 431-441 (IF 3.386)

5. Park, H.S., Kwak, M.S., Seo, J.W., Ju, J.H., Heo, S.Y., Park, S.M., and Hong, W.K. (2018) Enhanced production of carotenoids using a Thraustochytrid microalgal strain containing high levels of docosahexaenoic acid-rich oil. Bioprocess and Biosystems Engineering 41:1355-1370 (IF 2.139)

6. Saravanakumar, T., Park, H.S., Mo, A.Y., Choi, M.S., Kim, D.H., and Park, S.M. (2016) Detoxification of furanic and phenolic lignocellulose derived inhibitors of yeast using laccase immobilized on bacterial cellulosic nanofibers. JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS B-ENZYMATIC 134:196-205 (IF 2.269)

7. Huy, N.D. Nguyen, C.L., Park, H.S., Loc, N.H., Choi, M.S., kim, D.H., Seo, J.W., and Park, S.M. (2016) Characterization of a novel manganese dependent endoglucanase belongs in GH family 5 from Phanerochaete chrysosporium. JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING 121:154-159 (IF 2.015)