KIST 강릉분원 천연물인포매틱스연구센터 시스템미생물학 연구실은 미생물학, 화학, 생물공학, 생물정보학, 보건학적 지식을 바탕으로 미생물 생태를 이해하고 화합물-미생물, 미생물-미생물 상호작용 기반 마이크로바이옴 조절 식의약 소재 개발을 목표로 다음과 같은 연구를 수행 중입니다.
In Systems Microbiology Lab in KIST Gangneung Natural Product Informatics Research Center, to understand the microbial ecology based on microbiology, chemistry, bioengineering, bioinformatics, public health and to develop chemicals-microbe, microbe-microbe interactions based food and medicine, we are performing following researches.
■ 맞춤형 장내 미생물 배양 모델 개발
(Development of customized gut microbiome cultivation system)
시스템미생물학연구실에서는 연속식 혐기배양이 가능한 생물반응기 기반의 대장모사시스템을 구축하여 크게 3부분으로 구분되어 있는 인체 대장 환경의 생화학적, 미생물학적 특성 모사를 통해 미생물 생태 연구를 진행하고 있습니다. 또한 인체에 존재하는 핵심 장내 미생물을 조합하여 인위적으로 배양할 수 있는 인공 마이크로바이옴 모델 (synthetic gut ecosystem)을 개발하여 질환 맞춤형 장내 미생물 군집 배양 조건을 개발하거나 마이크로바이옴 불균형 개선 소재를 탐색하는 연구에 활용하고 있습니다.
We studies the microbial ecology through the bioreactor-based in vitro simulator model of the human intestinal microbial system which mimics the biochemical, microbiological characteristics of intestinal environments and allows to culture anaerobic microbes continuously. Also we have developed the synthetic gut ecosystem where we can add combination of core-microbes reside in human intestine. This enables to research on cultural systems of diseases specific microbe community and to screen and discover the natural products which improves microbial dysbiosis.
■ 멀티오믹스 기반 천연물-미생물 상호작용 규명
(Identification of natural products-microbe interaction based on multiomics)
In vitro 장 모사 모델, 동물 모델, 또는 인체로부터 유래한 시료의 마이크로바이옴 특징을 총체적으로 분석하기 위해 KIST 천연물연구소 내에 구축되어 있는 장비를 활용하여 메타오믹스 데이터를 직접 생산하고 있습니다. Miseq을 이용하여 16S 유전체 기반 미생물 군집 프로파일을 분석하고 있고, GC-MS / NMR 등을 사용하여 장내 주요 대사체 분석을 동시에 수행 중입니다. 또한 센터 내 메타프로테오믹스연구팀과의 연계를 통해 단백체 기반 미생물의 기능성 연구를 함께 병행하고 있습니다.
2019-2022년 KIST 내부과제 (총 연구비: 50억 원, 연구책임자: 차광현) 수행을 통해 마이크로바이옴 연구를 위한 메타오믹스 분석 플랫폼을 구축하였고, 본 연구팀이 속한 천연물인포매틱스연구센터의 생물정보학, 계산과학, 면역학, 바이오이미징, 천연물화학 연구팀과의 협업을 통해 천연물-미생물 상호작용을 규명하고 마이크로바이옴을 선택적으로 조절하기 위해 노력하고 있습니다.
To perform microbiome analysis of samples derived from in vitro simulator, animal disease models and human, we are directly producing multiomics data by using instruments equipped in KIST natural product informatics center. We analyze 16S based microbial community profiling by using Miseq sequencer. Also we perform metabolite analysis by using GC-MS / NMR.
From 2019 to 2021, we established meta-omics analysis platform through the internal research funding (5 Billion won, PI: Kwang Hyun Cha) to perform microbiome analysis and by collaboration with bioinformatics, calculative science, immunology, bioimaging, natural chemistry research team, we are trying to find the interaction with natural products-microbe and selectively control microbiome.
■ 난치성 질환 관련 장내 미생물 유래 바이오마커 발굴
(Discovery of gut microbe-derived biomarker related to rare incurable diseases)
본 연구팀은 바이오의료기술개발사업으로 ‘천연물/장내균총 상호작용 기반 류마티스 관절염 제어기술 개발’ 연구과제 (총 연구비 25억, 연구책임자: 판철호)를 다년간 수행해오면서 난치성 자가면역질환인 류마티스 관절염 환자로부터 혈액, 소변, 대변 등의 인체 시료를 확보한 후 류마티스 관절염과 연관된 장내 미생물 유래 바이오마커를 발굴하는 연구경험을 축적할 수 있었습니다. 최근에는 KIST 전략연구사업인 Grand Challenge 전담 연구팀 중 하나로 선정되어 난치암인 췌장암을 극복하기 위해 천연물-마이크로바이옴 사용작용 기반 췌장암의 면역반응성을 증대연구를 수행하고 있습니다.
Our research team has been performing research project, 'Therapeutic approaches to prevent rheumatoid arthritis based on Natural products/Gut microbiome interaction' (2.5 billion, PI: Cheol Ho Pan) and trying to discover the gut microbial biomarker associated with rheumatoid arthritis by analyzing blood, urine, stool from the patients. Recently, our team was selected as one of the outstanding research teams dedicated to the Grand Challenge Program, a strategic research project of KIST, and is focused on the increase in immunoreactivity of pancreatic cancer based on the interaction between natural products and microbiome to overcome intractable pancreatic cancer.
■ 마이크로바이옴을 이용한 미세플라스틱 위해성 입증 연구
(Risk assessment of microplastics using microbiome analysis)
2021년에는 과학기술정통부 개인연구지원사업으로 ‘마이크로바이옴 기반 미세플라스틱의 대사 질환 발병 기전 규명 및 치료적 접근 연구’ 우수신진연구과제 (총 연구비 7.5억 단독연구, 연구책임자: 차광현)에 선정되어 마이크로바이옴을 이용하여 미세플라스틱(microplastics, MPs)의 위해성을 입증하는 연구를 수행 중입니다.
We are performing the research projects, 'Investigation of microplastic associated effects on metabolic diseases therapeutic approaches based on microbiome study' from 2021 (0.75 billion, PI: Kwang Hyun Cha)
