All about Biotechnology, 바이오텍의 모든 것

개인적으로 석사과정에 입학했던 15년 전에 제가 처음으로 수행했던 연구 프로젝트가 있었는데 당시 동력자원부(동자부)의 과제였습니다. 셀룰로스를 이용하기 위한 셀룰로스 분해효소에 관한 연구였죠. 그 때 유전자 클로닝을 두 달 만에 운좋게(?) 성공하는 바람에 결국은 이 길로 들어섰다고 해도 과언이 아닐겁니다. 셀룰로스는 전세계에서 가장 많이 생산되는 바이오매스이자 매년 그냥 썪어 없어지는 물질입니다. 당시부터 이렇게 버려지는 바이오매스를 이용해서 유용물질을 생산하는 연구에 대한 이야기가 있었지만 솔직히 "그거 해서 진짜로 되겠냐?" 이런 소리도 많이 들었습니다. 그런데 지난 주 사이언스의 뉴스 포커스를 봤더니 결국엔 이십년 이상의 연구들이 결실을 봐서 결국 상용화 단계에 이르렀다는군요. CELLULOSIC..

오해하지 마세요! 절대 좋은 의미로 나온 것이 아닙니다.!!!! 광우병의 원인에 대한 프리온과 바이러스의 논쟁적인 PNAS 논문을 찾다가 네이처에 이에 관한 기사가 난 것을 보았는데 우연히도! 그 옆에 엔비가에 대한 짧은 단신이 실렸네요. ^^ 저 옆의 잘 안보이는 글씨를 확대하면 이렇습니다. "Negative calories Coca-Cola and Nestlé are being sued by advocacy group the Center for Science in the Public Interest over claims that Enviga, the ‘negative-calorie’ drink, can help people lose weight by speeding up their metabolism..

요즘 FTA와 관련해서 광우병에 대한 이야기가 많이 나오고 있습니다. 광우병은 현재까지 프리온이라는 단백질이 원인이라고 여겨지고 있습니다. 바이러스가 원인이라는 주장도 최근에 있었죠. 그 프리온 단백질은 건열로는 340도에서 1시간, 130도에서는 12시간동안 열에 견디고, 140도에서 가압살균(autoclave)할 경우에도 1시간 동안 안정한 구조를 유지한다고 합니다. 그야말로 극한단백질의 결정체이지요.^^ 옆의 단백질 차구조에서 보듯이 두개가 dimer를 이루며 올리고머를 만들 수도 있다고 하는군요. 이 단백질이 정말 자가 복제를 하는지, 아니면 다른 매개체나 유전적 변이인지에 대해서는 아직도 논란이 진행중인 것으로 압니다. (그림은 Nat Struct Biol. 2001 Sep;8(9):770-4...

얼마전 이라는 CNN, 타임지 계열의 경제잡지에서 "15 Surprises in 2007"을 소개한 적이 있습니다. 우리나라 뉴스에도 "혁신 상품 ‘베스트15’ 라는 제목으로 소개가 되었죠. 그 중엔 개인적으로 별로 기대가 안되는 윈도즈 비스타도 끼어있었습니다만, 제 눈길을 가장 끌었던 것은 제 3세계 어린이들을 위한 100불짜리 컴퓨터하고 엔비가 (Enviga)라는 음료수였습니다. 그런데 오늘 월마트에 가보니 드디어 그 엔비가를 팔기 시작했더군요. 옆에 보이는 6개들이 한 팩에 6불이었습니다. 그러니까 1개에 1불 정도의 가격이지요. 물론 월마트라는 점을 생각하신다면 실제 가격은 더 비쌀 겁니다. 아무튼 저 상자에 써있는 대로 저 음료수는 "The Calrorie Burner" 라고 합니다. 다음은 비..

제 2 장. 극한미생물 (아키아)의 분류 및 특성 미생물의 분류는 시간이 지남에 따라 새로운 미생물이 발견되면서 계속적으로 변하는 학문이다. 또한 분류방법도 생육 특성이나 형태학적인 방법부터 분자생물학적 방법을 이용한 계통분류에 이르기까지 다양한 방법이 있다. 게다가 극한미생물은 계통학적으로 다양한 종에 걸쳐 존재하기 때문에 그 분류가 쉽지 않고 그 생육 특성에 따라 분류하는 것은 생육 조건 이외의 다른 공통적인 특성을 찾기가 상당히 어려운 경우가 많다. 따라서 이 장에서는 현재 가장 많이 사용되는 우즈의 3 도메인 분류법 (Archaea, Bacteria, Eukarya)에 따라 극한미생물과 거의 동의어처럼 사용되는 아키아의 분류학적 특성에 대해 주로 살펴보고 세균 및 진균성 극한미생물들에 대해 간단히..

단백질을 가지고 실험을 하는 것은 DNA work보다 훨씬 더 힘듭니다. 단백질을 순수 정제하는 것은 정말 노가다(?)에 가깝죠. 그래서 많은 이들이 어떻게든 정제를 쉽게 해보기 위해 만들어낸 것이 affinity tag 입니다. 가장 대표적인 것이 6xHis-tag이고 MBP (maltose binding protein), GST, CBP (chitin binding protein) 등등 여러가지가 있습니다. 하지만 이런 tag이나 커다란 단백질이 붙어있으면 여러가지로 방해가 되기 때문에 이 tag을 제거하는 방법들이 고안되었습니다. 아래는 tag 제거에 사용되는 단백질 분해효소들입니다. 제 개인적으로는 TEV protease가 제일 좋더군요. Thrombin이나 PreScission은 좀 문제가 있었..

가끔은 너무나 기본적인 내용이 생각이 안나서 고민을 하게 만드는 경우가 있습니다. 바로 Ni-NTA와 히스티딘의 결합같은 경우가 그런 것인데요. 하긴 저희 랩의 절반은 화학을 전공한 친구들인데 그 친구들도 유기화학하는 방에 물어보라고 했습니다. ^^ 아무튼 그래서 일반화학에서 배운 내용을 간단히 정리합니다. 일단 화학에서 물질간의 결합은 크게 아래와 같이 두가지로 나눕니다. 1) 화학결합 (bonds) 2) 분자간 결합 (상호작용, interactions) 1)의 화학결합은 다시 1-1. 이온결합 1-2. 공유결합 1-3. 배위결합 1-4. 금속결합 2)의 분자간 상호작용은 2-1. 반데르발스힘 (분산력) 2-2. 수소결합 2-3. 쌍극자-쌍극자 상호작용 으로 나눌 수 있습니다. (자세한 내용은 링크한 ..

아마 모든 실험실에서 가장 많이 사용하는 단백질 정제 방법이 히스티딘 tag을 이용한 affinity 크로마토그래피일 것입니다. 이미 여러회사에서 상용화된 수지(resin)을 팔고 있습니다. 물론 값은 엄청나게 비쌉니다. 그 중 가장 많이 사용하는 Qiagen의 Ni-NTA superflow수지는 500ml에 3800불이나 합니다. NTA는Nitrilotriacetic acid의 약자로서 분자식이 C6H9NO6입니다. NTA는 대표적인 메탈 킬레이터인 EDTA와 비슷한 성질을 갖는데 자연에서 잘 분해가 안되는 EDTA에 비해 쉽게 분해되기 때문에 장점이 있습니다. (위 사진은 wiki에서 가져온 NTA) 이 NTA는 다양한 금속이온을 킬레이팅 하기 때문에 거기에 Ni을 붙이고 지지체와 연결시킨 것이 Ni..

아미노산은 pH에 따라 산과 염기로 이온화가 가능한 물질입니다. 따라서 아미노산의 결합체인 단백질도 pH에 따라 자기 고유의 전하를 띄게 됩니다. 보통 단백질의 net charge는 pH에 따라 달라지는데 이렇게 단백질의 net charge가 0이 되는 pH를 그 단백질의 등전점 (isoelectric point, pI)라고 부릅니다. 보통 단백질의 net charge는 전체 아미노산보다는 단백질 표면의 아미노산이 더 중요한 영향을 주지만 구조를 모르는 상황에서 등전점을 구하기 위해 아미노산 구성만을 가지고 이론적 pI (Theoretical pI)를 계산하기도 합니다. 주의할 것은 단백질을 pI 에 해당하는 buffer pH에 보관하면 버퍼에 녹지않고 침전이 생긴다는 점입니다. 그래서 등전점 보다는 높..

MIT에서 발행하는 격월간 잡지 Technology Review에서 올해도 어김없이 지난 3월초에 10가지 "뜨는 기술"들을 선정해서 발표했습니다. 최근엔 한국에도 이 잡지가 많이 소개되었죠. 한국인 과학자가 소개된 적도 있구요. 아무튼 올해의 10가지 뜨는 기술은, 1) Peering into Video's Future 2) Nanocharging Solar 3) Neuron Control 4) Nanohealing 5) Augmented Reality 6) Invisible Revolution 7) Digital Imaging, Reimagined 8) Personalized Medical Monitors 9) A New Focus for Light 10) Single-Cell Analysis 이렇게..

4. 극한미생물 연구 단체 및 학회들 4.1. 학술 단체 및 저널 현재 극한미생물학에 관련된 학술 단체는 가장 대표적인 국제극한미생물학회 (ISE, The International Society for Extremophiles)를 들 수 있다. 1996년 포르투갈에서 첫번째 극한미생물 컨퍼런스를 개최한 것을 계기로 1997년 극한미생물을 연구하는 학자들이 모여 저널 "Extremophiles"을 창간하였다. 그리고 그 에디터들을 중심으로 2002년 학회로 재구성한 단체이며 기존의 극한미생물 컨퍼런스를 이어받아 2년에 한번씩 국제 학회를 개최하여 극한미생물 연구의 중심이 되고 있다. 저널 "Extremophiles"의 편집장이었던 호리코시가 1대 회장을 역임하였고 현재는 가로 안트라니키안 (Garo Ant..

기능성식품이라는 단어는 사실 자연과학자들에게는 그 이름이 알려진 초기엔 불신의 대상이었습니다. 왜냐하면 충분한 실험을 거치지 않고 광고의 수준으로 먼저 대중에게 알려졌기 때문입니다. 의약품의 경우 개발 이후에도 10년에 가까운 임상과 부작용 테스트를 거치는 것과 비교하면 그럴만도 합니다. 하지만 일본에서 functional foods라는 이름으로 시작된 기능성식품은 최근 Nutraceuticals라는 이름으로 더 많이 불리는데 미국에서도 점점 많은 연구자들의 관심을 모으고 있습니다. 물론 아직 한국과 일본의 관심보다는 훨씬 못합니다만. 그래서 미국 대학에서도 이런 추세에 맞추어 기능성 식품 연구소들이 생겨나고 있습니다. 가장 대표적인 두 연구소를 들라고 한다면 럿거스대학(뉴저지주립대학)과 사우스 캐롤라이..

분자생물학의 발전이 DNA 염기 서열 분석법과 함께 급속도로 발전을 했다면 최근에 질량분석법(MASS spec)의 발전은 단백질체학 및 관련 분야의 발전에 큰 공헌을 하고 있습니다. 보통 단백질을 정제해서 MASS를 찍으면 우리가 계산한 단백질의 분자량과 약간 다르게 나오는 경우가 많은데 그런 경우는 유전자의 변이가 생겼거나 아니면 post-tanslational modification이 일어난 경우일 것입니다. 아래의 사이트는 실제로 얻은 분자량이 이론적인 분자량과 다를 경우 어떤 post-tanslational modification이 일어났는지를 예측할 수 있도록 만들어 놓은 reference들 입니다. 분자량의 차이를 입력하고 확인하실 수도 있고 아니면 밑의 more를 누르시면 전체 referen..

오늘 조선일보에 실린 "차세대 성장동력을 찾아라 단백질 의약품"은 흥미로운 기사입니다. 제 은사 중의 한 분이 나오시기도 했지만 그것보다 단백질 의약품에 대한 좋은 소개 기사라고 할 수 있습니다. 기사의 내용을 잠깐 인용하면, 단백질 의약품 시장은 생명공학 분야에서 대표적인 유망 사업이다. 골드만삭스에 따르면 2000년 출시예정 의약품 중 단백질 의약품의 비중은 25%에 불과했지만, 올해는 62%로 급증했다. 빈혈치료제로 쓰이는 단백질 이피오(EPO)는 1g당 가격이 금값의 수십만 배인 67만 달러를 호가한다. 단백질 의약품은 첫 제품이 1982년에 나왔을 정도로 시장은 아직 초창기이다. 우리나라는 원천기술인 생명과학 분야에서 크게 뒤지지 않고, 생산기술인 미생물발효 분야는 세계적 수준을 갖추고 있다. ..

어제 재미있는 뉴스를 하나 읽었습니다. 고릴라의 혈액형이 전부 B형이라는 기사인데요. 사실 이 혈액형이야 말로 당생물학의 중요성을 나타내주는 가장 대표적인 예라고 할 수 있습니다. 얼마전 저희 랩에서 세미나 발표한 자료를 가지고 간단히 설명하면, 사람의 혈액형을 보통 A, B, AB, O 이렇게 4가지로 나누는 것은 아래와 같은 이유에서 입니다. 사람의 적혈구 세포는 그 표면에 여러가지 항원인 단백질과 지질을 가지고 있습니다. 바로 어떤 표면 물질을 가지고 있느냐에 따라 A, B, O, AB 이렇게 나눠지는 것이죠. 반면에 혈청 속에는 항원과는 다른 항체가 있어서 자기와 같은 타입이면 응고가 안되고 다른 혈액형이 들어오면 응고가 되는 것입니다. 아마 여기까지는 고등학교 시간에 이미 배우신 내용일 것이라고..

드디어 구글이 특허 검색 베타 서비스를 시작했습니다. 아직은 베타서비스이고 미국 특허위주의 검색입니다만 생각보다 저조했던 구글 Scholar 보다는 낫지 않을까 싶습니다. 사실 이쪽 분야의 전문적인 논문은 워낙 Medline이나 Pubmed가 꽉 잡고 있어서 구글 스칼라를 이용할 필요는 그리 많지 않았습니다. 하지만 특허 검색은 좀 다르죠. 시험삼아 제가 낸 미국 특허 검색을 해봤는데 보통 이런 것 검색하는데 상당한 시간이 걸리던 것과 비교해 봤을 때, 한 서너배는 빨리 검색을 했습니다. 원문도 쉽게 다운로드 받을 수 있더군요. 현재 베타 서비스임에도 불구하고 아주 만족스럽습니다. 게다가 클레임이나 도면에 대한 정리도 잘 되어 있구요. pdf 화일 내부의 검색까지 가능합니다. 놀라워요!!! 사실 저 아래..

3. 극한미생물 연구의 발전과 Archaea 3.1. Archaebacteria의 등장 극한 조건에서 생육하는 미생물들이 점점 보고됨에 따라 많은 극한미생물들이 일반적인 세균과는 다른 형태와 성질을 갖고 있다는 것이 보고되기 시작하였다. 특히 호염균 (Halobacterium)을 중심으로 그 세포벽의 형태가 기존에 보고된 세균의 세포벽 (펩티도글리칸)과는 차이가 있다는 사실이 1960년대 후반부터 밝혀졌다. 1970년대 초에 브록이 90°C가 넘는 온도에서 생육하는 초고온균을 발견하고 1972년 그렉 자이커스 (J. Greg Zeikus)가 메탄생성균이면서 고온균인 Methanobacterium thermoautotrophicus (후에 Methanothermobacter thermautotrophicu..

미국 경제 격주간지인 포춘은 재미있는 랭킹을 자주 발표합니다. 지난 주엔 "America's Most Admired Companies"를 발표했습니다. 전체 랭킹은 다음과 같았죠. 1. General Electric 6. FedEx 2. Starbucks 7. Apple 3. Toyota Motor 8. Google 4. Berkshire Hathaway 9. Johnson & Johnson 5. Southwest Airlines 10. Procter & Gamble 전체 순위보다는 부문별 순위에 관심이 갔습니다. 아래는 존경받는 제약회사의 순위입니다. 언제나 그렇지만 랭킹은 나름대로의 기준이 있고, 그 기준이 마땅하냐 못마땅하냐는 가치관의 충돌입니다. 하지만 소위 샌프란시스코의 작은 바이오텍 벤처기업에..

매년 연말 미국의 시사주간지 타임은 "올해의 발명 (Inventions of the Year)"를 발표합니다. 2006년 연말에 타임지에서 발표한 Best Inventions 2006에는 여러가지 흥미로운 발명품이 많이 소개되었습니다. 솔직히 말하면 실제로 그다지 흥미로운 것이 많지는 않습니다. 너무 비현실적인 것도 있고 우리 실생활과 상관없는 것도 있고 그렇습니다. 그 중에서 가장 눈길을 끄는 상품이자 유일한 의약품이 바로 Gardasil 이라는 성병예방백신입니다. 이 백신은 4종류의 인간 유두종바이러스 (human papilomavirus, HPV)들의 예방백신인데 Merck에서 만드는 이 약품에 대한 타임지의 제목은 "Good for Girls!" 였습니다. 그러니까 이 성병예방 백신은 특별히 틴에..

극한미생물을 이용한 최대의 연구는 바로 PCR입니다. 개발자인 캐리 멀리스 (Kary B. Mullis)가 노벨상까지 탓죠. 그가 노벨상을 받은 1993년이 제가 처음 PCR을 직접 해본 그 해 입니다. 당시 학과에 한 대 밖에 없는 PCR 기계의 사용법을 배우고 혹시라도 극미량의 DNA가 오염될까봐 손에 비닐 장갑을 끼고 난리를 치던 생각이 나는군요. 멀리스는 Thermus라는 고온성 세균을 이용했지만 최근에는 Pyrococcus나 Thermococcus류의 Thermococcales의 DNA polymerase를 많이 이용합니다. DNA 증폭시 에러의 확률이 훨씬 낮기 때문이죠. 그런데 오늘 네이처지에서 오는 스팸메일의 제목이 바로 이 포스트의 제목과 같았습니다. "Extremely fast and ..

2. 극한미생물 연구의 시작 2.1. 고온균 연구의 시초: 고온성 간균 및 방선균 최초로 동정된 극한미생물은 고온성 간균인 Geobacillus stearothermophilus로 알려져 있다. 1879년 프랑스 세느강에서 분리된 이 간균은 1920년 동크 (Donk)에 의해Bacillus stearothermophilus로 명명되었으며 2001년 종(Genus) 이름이 Bacillus 에서 Geobacillus로 바뀌었다. 고초균이라고 불리우는 Bacillus는 토양 및 공기중에 가장 많이 존재하는 미생물의 하나로서 다양한 생육특성을 보이는데 이후 다양한 고온성, 호알칼리성, 호산성 Bacillus가 존재하는 것이 밝혀졌다. 또한Bacillus와 같은 토양미생물인 방선균에서도 고온성 미생물들이 밝혀졌는..

한국미생물생명공학회에서 발간하는 뉴스지 e-생물산업에 실린 당쇄소재의 의학적 이용 (제19권 6호, 2006년 12월)은 당생물학에 관심있는 분들이라면 꼭 한 번 읽어볼만한 내용입니다. 잘 아시다시피 당은 단백질, 지질과 함께 생물체를 구성하는 3대 요소이지만 간단히 분석이 가능한 DNA, RNA, 펩다이드와는 달리 구조적으로 너무 많은 이성질체를 만들기 때문에 아직까지 미개척의 분야로 남아 있습니다. 하지만 많은 단백질-단백질 interaction이나 바이러스, 세균 감염, 면역 활성등에 당이 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀지고 있어서 외국에서는 점점 더 많은 주목을 받고 있기도 하죠. 글을 쓰신 김철호 교수님의 국내 당생물학계의 파이오니어의 한분이라고 할 수 있는데 현재 성균관대학교 생명과학과 분자세..

제 1 장. 서론, 극한미생물학의 역사 우리가 살고 있는 지구상에는 다양한 자연 환경이 존재하고 거의 어느 곳에나 예외없이 그 곳에서 서식하는 미생물이 또한 존재한다. 과거에는 영하 60도 이하의 남극지방이나 섭씨 100도를 넘는 심해저 열수분화구 주변의 환경은 생물이 살 수 없는 환경이라고 여겨졌으나 최근 다양한 연구 방법을 통해 극한 환경에서 사는 미생물을 분리, 동정해내기에 이르렀고 이제는 그러한 극한 환경에서 생육하는 미생물과 그 단백질, 또는 유전자등을 이용하여 산업에 응용하기도 하는 실정이다. 하지만 미생물학의 역사를 짧게 보아 파스퇴르 이후의 150여년으로 보았을 때 극한미생물학의 역사는 40년 정도의 짧은 역사를 가지고 있으며 본격적으로 연구가 진행되어 온 것은 20년이 채 되지 않기때문에..

이 카테고리의 글은 제가 공부한 "극한미생물학"을 정리하고 국내에 소개하기 위해서 쓰고 있는 책의 일부입니다. 물론 언제 완성이 될지는 모르겠습니다만 "극한미생물학(저술중)" 카테고리의 글들은 퍼가지 말아주세요. 링크나 다른 사이트에 소개하시는 것은 상관없습니다.

92년도 말인가 93년도 초인가, 미국을 다녀온 한 실험실의 선배가 매뉴얼로 DNA 시퀀싱을 하고 그 결과를 일일이 타이핑하고 있는 제게 알려준 것이 바로 인터넷이라는 것이었습니다. 이메일이 무엇인지 홈페이지가 무엇인지 알아가며 그 신기한 세계를 접하게 된 것은 완전히 새로운 세계를 맛본 하나의 전환점이었습니다. 그리고 그 정점엔 바로 NCBI의 BLAST search가 있었습니다. 일일이 DNA 시퀀싱 gel로 부터 염기서열을 읽고, 누군가가 옮겨 적고, 그것을 타이핑하고 다시 그것을 컴퓨터 프로그램을 통해 일일이 맞춰보던 작업을 하던 제게 이 결과가 제대로 된 것인지 아닌지 알려주었던 것이 바로 BLAST 서치 였습니다. 그 이후로 인터넷으로 할 수 있는 전공관련 작업들을 하나 둘씩 모으기 시작했고,..