지구 생태계의 유지를 위해 출현한 고세균, 진정세균 등 원핵생물은 현재도 중요한 역할을 하고 있다. 각 생물 종들의 공통 조상 유전자는 복제과정의 실수로 변이되고, 환경에 맞추어 사라지거나 생기기도 하였다. 2022년 2월까지 1,309종의 원핵생물 유전체에 존재하는 3,455,853개의 유전자에서 유래한 단백질들이 4,877개의 COGs로 분류되어 있어, 공통 유전자 COGs의 종류와 기능, 보존성을 파악하고자 하는 연구이다.
<h1>서 론</h1> <p>지구에 출현한 최초의 생명체는 고세균이며 뒤이어 진정세균이 출현하였다. 원핵생물은 현재도 식물 다음의 바이오매스 생성량과 다양한 기능으로 지구 생태계의 유지에 중요한 역할을 한다. 지구환경은 원핵생물의 출현 후에도 변화하였을 것이며, 각자의 환경에 맞추어 원핵생물의 유전자들도 변화하였을 것이다. 각 생물 종들의 공통 조상에 존재하던 공통 조상 유전자(ances-tral gene)는 복제과정의 실수로 변이도 하였을 것이며, 종분화(speciation) 후에 환경에 맞추어 사라지거나 생기기도 하였을 것이다. 공통 조상 유전자에서 유래한 유전자들이 현재의 생명체들에 분포한다면, 현재 지구의 환경에서 이 유전자들은 생명활동에 공통적으로 필요한 것일 수 있다. 모든 생명체에 공통적인 유전자와 각 분류 단위의 독특한 유전자들에 대한 이해가 현재의 생명체들을 이해하는데 필요하다.</p> <p>공통 조상 유전자에서 종분화로 서로 다른 종(species)들에 분포한 유전자들의 집합을 ortholog라고 하며, 같은 ortholog에서 발현되는 단백질들의 집합으로 하나의 공통 조상 유전자에서 유래하여 3가지 이상의 생물에 분포하는 단백질들의 집합을 COG (Cluster of Orthologous Groups of protein)로 정의한다. 동일 ortholog에서 유래한 단백질들은 서열이 비슷하고 기능이 동일하므로 게놈서열을 확보하면 COG 방법을 이용하여 유전자 파악과 ortholog 파악이 가능하며 유전체의 비교 등이 가능하다. COG를 이용하여 711개의 원핵생물과 동일한 속(genus)에 속하는 원핵생물의 보존적 유전자 등이 보고되었고, 2020년에 업데이트된 COG 자료를 바탕으로 원핵생물 1,309종에 분포된 4,877개의 COGs도 분석되었다. 이전의 COG database는 711개의 원핵생물을 이용하였고 동일한 종의 원핵생물들도 존재 하였다. 최신의 COG database는 각 종에 하나의 원핵 생물만 이용하고 1,309종으로 원핵생물의 수가 대폭 확대되어 보존적 유전자의 종류와 보존성 등에 변화가 있을 수 있다. 이 연구에서는 2022년 2월까지의 1,309종의 원핵생물 유전체에 존재하는 보존적 유전자들의 종류와 기능 그리고 보존성의 정도를 COG를 이용하여 파악하고자 하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>재료</h2> <p>2022년 2월 현재 COG database에는 1,309종의 원핵생물 유전체에 존재하는 3,455,853개의 유전자에서 유래한 단백질들이 4,877개의 COGs로 분류되어 있어, 1,309종의 원핵생물 유전체가 갖는 공통 유전자 COGs 자료를 확보하였다. 분석에 사용된 원핵생물의 분류와 종의 개수 등은 이전 논문을 참조하였다.</p> <h2>아미노산 서열 분석</h2> <p>분석대상 원핵생물에 공통적으로 존재하는 COGs에 속하는 단백질들의 서열을 NCBI의 공개 데이터베이스에서 추출하고, 각 COG에 속하는 아미노산 서열들은 ClustalX (ver. 2.1) 프로그램으로 다중서열비교를 수행한 후 bootstrap NJ method \( (n = 1,000) \)를 통해 distance val-ue를 담고 있는 ' * .phb' 파일을 생성하였다. Dendro-scope 프로그램을 이용하여 각 단백질의 distance value를 구하였고, distance value 자료의 분석과 정리에는 엑셀 프로그램을 이용하였다.</p>