김응수 연구실
인하대학교 첨단바이오의약학과
김응수 교수
천연물 생합성 유전자군
방선균
이종발현
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김응수 연구실
인하대학교 첨단바이오의약학과 김응수 교수
김응수 연구실은 방선균(Actinomycetales) 유래 천연물 생합성 유전자군(BGC)을 유전체 마이닝과 BAC 기반 클로닝, 이종숙주 발현으로 재구성하여 항진균 등 생리활성 물질의 생산 및 활성 검증을 수행합니다. 또한 CRISPR-driven genome engineering과 대사공학을 적용해 시킴산 경로를 조절하고 anthranilate를 고생산하는 미생물 세포공장을 설계합니다. 아울러 핵산 유도체 합성을 위한 뉴클레오사이드 deoxyribosyltransferase 변이 효소의 특성화로 효소공정 기반 합성 가능성을 검토합니다.
천연물 생합성 유전자군방선균이종발현대사공학CRISPR genome engineering
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
방선균 천연물 생합성 유전자군 기반 이종발현 및 활성물질 발굴 연구
Heterologous expression and discovery of actinomycete natural product biosynthetic gene clusters
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대사공학 기반 안트라닐레이트(anthranilate) 고생산 세포공장 연구
Metabolic engineering of microbial cell factories for anthranilate over-production
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뉴클레오사이드 deoxyribosyltransferase 효소공학 기반 2'-Fluoro-2'-deoxynucleoside 생산 연구
Engineered nucleoside deoxyribosyltransferase for 2’-fluoro-2’-deoxynucleoside biocatalysis
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
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인용수 0
·
2025Genomic analysis and process optimization for nigericin production in a newly-isolated antimicrobial Streptomyces
Kwangjin Jang, Heung-Soon Park, Yeong-Chan Kim, Si-Sun Choi, Youngbin Baek, Eung‐Soo Kim
IF 5.6 (2025)
New Biotechnology
방선균목(actinomycetes)의 우점종인 Streptomyces는 생리활성 천연물의 상당한 비율을 차지한다. 이전 연구에서 우리는 2400종 이상(c. 2400)의 배양 추출물을 Candida albicans 및 Staphylococcus aureus에 대한 생물활성 검정(bioassays)에 적용하였다. 그중 Streptomyces javensis로 명명된 Inha503이 nigericin을 생산하는 것으로 확인되었으며, 이 물질은 Micrococcus luteus 및 S. aureus와 같은 그람양성 세균에 대해 항균 활성을 나타낸다. 본 연구는 S. javensis Inha503의 유전체 특징을 규명하고 nigericin 유도체의 역가(titer)를 향상시키기 위해 하류 공정을 최적화하는 것을 목적으로 하였다. 염색체 상의 nigericin 생합성 유전자 클러스터(BGC) 확인은 전유전체 생물정보학 및 핵심 BGC 유전자 소실(core BGC knockout) 결과를 통해 검증되었다. 배양 시간은 10일로 최적화하였고, LC/MS를 이용하여 nigericin 유도체를 동정하고 정량하였다. Streptomyces의 7종 생산 배지 중에서 nigericin의 생산량은 R5 배지에서 가장 높았으며, 이는 이전 조건 대비 1.75배 증가를 보였다. 또한 nigericin 추출 공정은 단일 용매로서 ethyl acetate를 사용하거나, ethyl acetate와 ethanol을 7:3 비율로 혼합한 조건으로 최적화하였다. 추출을 ethyl acetate와 ethanol 혼합액으로 수행하고 10일 배양한 경우, R5 배지에서 nigericin 유도체의 최고 역가가 얻어졌으며, 이는 S. javensis Inha503의 유전적 통찰을 바탕으로 한 최적화된 정제 공정이 nigericin과 같은 생리활성 화합물 생산을 위한 유망한 플랫폼임을 시사한다.
https://doi.org/10.1016/j.nbt.2025.02.002
Nigericin
Antimicrobial
Streptomyces
Production (economics)
Process (computing)
Biology
Biotechnology
Microbiology
Computational biology
Genetics
2
Article
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인용수 3
·
2024Isolation of Streptomyces inhibiting multiple-phytopathogenic fungi and characterization of lucensomycin biosynthetic gene cluster
Heung-Soon Park, Seung-Hoon Kang, Si-Sun Choi, Eung‐Soo Kim
IF 3.9 (2024)
Scientific Reports
Streptomyces와 같은 다양한 생리활성 화합물을 지닌 토양 미생물은 친환경 살균제의 발굴을 위한 가치 있는 자원으로 평가받는다. 본 연구에서는 대한민국의 유기농 녹차 재배지에서 수집한 토양 시료로부터 새로운 Streptomyces를 분리하였다. 분리 과정에서는 약 2400개의 배양 추출물에 대해 항진균 활성 스크리닝을 수행하였으며, 그 결과 S. collinus Inha504로 명명된 균주가 다양한 식물병원성 진균에 대해 현저한 항진균 활성을 나타내는 것이 확인되었다. S. collinus Inha504는 생체외(bioassay)에서 Fusarium oxysporum 및 Aspergillus niger를 포함한 7종의 식물병원성 진균의 증식을 억제하였을 뿐만 아니라, 생체내(in vivo) 포트 시험에서도 F. oxysporum에 감염된 고추, 딸기, 토마토에 대해 방제 효과를 보였다. S. collinus Inha504의 유전체 마이닝 결과, 염색체 상에 폴리엔 마크로라이드(polyene macrolide)를 암호화하는 생합성 유전자 클러스터(BGC)가 존재함이 밝혀졌으며, 이는 작물 질병 방제에 효과가 있는 것으로 알려진 루센스로마이신(lucensomycin, LCM)에 대해 높은 상동성을 보였다. 유전학적 확인 및 생체외 시험을 통해 S. collinus Inha504의 항진균 활성은 염색체 내 LCM BGC의 존재에 기인함이 입증되었다. 이러한 결과는 생체외 기반 스크리닝을 통해 유용한 생물학적 활성을 지닌 새로운 Streptomyces 균주를 선발하는 효과적인 전략이 될 수 있으며, 유전체 마이닝 접근법을 통해 해당 대사산물에 기여하는 생합성 유전자 클러스터를 규명하는 데에도 활용될 수 있다.
https://doi.org/10.1038/s41598-024-57888-0
Isolation (microbiology)
Gene cluster
Streptomyces
Cluster (spacecraft)
Gene
Biology
Microbiology
Actinomycetales
Computational biology
Genetics
3
Article
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인용수 7
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2023Engineered Escherichia coli cell factory for anthranilate over-production
Hye-Jin Kim, Seung-Yeul Seo, Heung-Soon Park, Ji-Young Ko, Si-Sun Choi, Sang Joung Lee, Eung‐Soo Kim
IF 4 (2023)
Frontiers in Microbiology
최적화된 배지에서 배양한 균주는 7-L 연속(유가) 배치 발효에서 약 4 g/L의 안트라닐레이트(anthranilate)를 생산하였다. 미생물 기반 안트라닐레이트 생산을 위한 전반적인 합리적 세포 공장 설계와 배양 공정 최적화는 전통적인 화학 기반 안트라닐레이트 생산 공정을 보완하는 데 핵심적인 역할을 할 것이다.
https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1081221
Escherichia coli
Fermentation
Biochemistry
Biology
Chemistry
Biotechnology
Gene
최신 정부 과제
17
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1
주관|
2023년 10월-2024년 9월
|20,000,000원방선균 유전체 탐색 플랫폼 기반의 천연물 BGC 발굴전략
1. 방선균 이차대사산물은 항생제, 항암제, 면역억제제를 포함한 다양한 원료 의약품의 약 50% 이상을 차지하며, 현재에도 방선균 생리활성물질을 이용한 성공적 신약 발굴 프로젝트가 진행되고 있음 2. 하지만, 전통적인 반복 스크리닝으로 인해 방선균 유래 신규 생리활성물질의 발굴 빈도수가 급격히 감소하고 있으며, 항생제 남용에 따른 부작용으로 항생제 내성 박테리아도 출현하고 있는 실정 3. 최근 NGS (next generation sequencing) 기반의 유전체 분석기술이 발달하여 미생물 유전체 서열을 규명한 후 이를 분석하여 천연물 생합성 정보를 확보하는 연구가 이루어지고 있음 4. 방선균의 경우 유전체 내에 유용 생리활성물질을 생합성 할 수 있는 생합성 유전자군 BGC를 20~30 개 이상 갖고 있으며 이 중 상당 부분은 그 화학구조와 활성이 규명되지 않은 신규 BGC로 확인 5. 최근에는 방선균의 NP BGC의 잠재력을 실제 화합물로 구현하는 새로운 신약 개발 패러다임, 즉 Genome-to-Natural Product, GtNP 전략이 등장하고 있음 (현재 중견연구과제로 수행 중) 6. 그럼에도 불구하고, GtNP 전략을 보다 효율적으로 수행하기 위한 다양한 유전체 분석 도구와 플랫폼 개발 및 활용은 여전히 부족한 상황임 7. 특히, 수많은 BGC들 중에서 어느 BGC가 신규성과 발현 가능성이 높은 지를 정확하게 예측할 수 있는 BGC priotization은 매우 복잡하고 어려운 작업임 8.따라서 본 국제공동연구에서는 방선균-유전공학 전문가 (한국, 인하대)와 생물정보학-플랫폼 전문가 (덴마크, DTU)의 협업을 통해서, 방선균 유래 유용 BGC 발굴 및 활용기술 적용을 구현하고자 함
- 구체적인 연구내용으로는; 1. 국내 토양 및 해양에서 분리한 방선균의 유전체 분석 결과 (인하대 김응수 교수 연구팀)를 대표적인 방선균 이차대사산물 생합성 탐색 플랫폼인 Anti-SMASH (Antibiotics and secondary metabolite analysis shell, 덴마크 Weber 교수 연구팀)에 적용하여 유용 NP BGC 선별 2. 방선균의 BGC 서열분석만으로도 해당 천연물의 화학구조 및 신규성을 예측할 수 있는 Anti-SMASH 및 BGCFlow 분석 시스템 적용 3. 유전체 탐색에서 선별된 천연물 생합성 경로 및 최종 화합물 구조 예측 시스템과 실제 화합물 검증 4. 해당 BGC를 포함하는 방선균에서 예측된 화합물이 실제 생합성되는지 배양조건 최적화를 통해 검증 5. Anti-SMASH 및 BGCFlow를 통해 예측된 천연물 생합성 경로 및 구 조의 신뢰도 검증 6. 방선균 유전체 탐색 플랫폼 기반의 천연물 BGC 발굴 우선순위 선정전략 (BGC prioritization strategy) 구축
방선균
유전체 탐색 플랫폼
천연물
생합성유전자군
생리활성물질
생물정보학
인공지능
2
2021년 3월-2026년 2월
|852,850,000원GtNP 기반의 거대 BGCome 발현용 방선균 인공세포공장 설계
최근 슈퍼박테리아 출현 빈도의 급증 및 COVID-19의 세계적 대유행으로 인해 신규-유용 생리활성물질 발굴에 대한 요구가 높아지고 있다. 미생물 유래 신규-유용 생리활성물질 발굴을 위하여 NGS 기반의 유전체 탐색 기술을 이용하여 천연물 (natural product, NP) 생합성 정보를 확보하고, 이를 분리하여 고생산성 세포 공장에 도입하는 '이종숙주...
타겟 맞춤형 세포공장
거대 DNA 형질전환
방선균
이종숙주 발현
천연물 생합성 유전자군
인공염색체 시스템
유
3
협동|
2021년 1월-2022년 12월
|80,000,000원유전체 재설계된 미생물 기반의 시킴산 경로 대사체 대량생산 및 실용화 기술 개발(3공동)
본 과제는 50 L 발효조에서 미생물 배양공정을 최적화해 산업용 균주공정을 확립하는 연구임.
연구목표는 50 L 공정에서 생산성, 회수율 80% 이상, 순도 90% 이상을 달성하는 것임. 연구내용은 재조합 E. coli 및 재조합 C. glutamicum의 배지조성, 접종량·접종시기, pH, 배양온도, 교반기 속도·종류를 조절해 시킴산 최대 생산을 위한 배양공정 확립, 저가의 산업용 복합 생산배지와 색소·유기산 저발생 배지 개발, 용존산소농도가 시킴산 생합성 및 성장속도에 미치는 영향 조사, benchscale 분리정제 단위공정 최적 조합 수행임. 기대효과는 5L→50L scaleup 최적화 기술 확보와 대용량 고순도 3인산시킴산, 코리스메이트, 안트라닐레이트 분리·정제 공정 구축임.
대장균
코리네박테리움
시킴산 유도체
대사경로 재설계
최신 특허
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전체 특허
안트라닐레이트를 유효성분으로 포함하는 모발 성장 촉진용 조성물
상태
등록출원연도
2022출원번호
1020220181672안트라닐레이트 고생산 재조합 대장균 균주 및 이의 용도
상태
등록출원연도
2022출원번호
1020220181671NPP B1을 유효성분으로 포함하는 항바이러스 조성물
상태
등록출원연도
2022출원번호
1020220084812