본 논문에서는 COG 알고리즘을 이용해서 생명체의 본질적 기능에 중대한 역할을 수행하는 유전자들을 알아냈다. 66종 미생물 중 63개의 유전자가 보존적인 것으로 밝혀졌으며 보존적 유전자들이 나타내는 distance value를 사용해서 유전자의 변이 정도를 나타내어 ribosomal protein L14 (COG0093)와 ribosomal protein 512 (COG0048)가 보존성이 가장 크다는 것을 알 수 있었다. 또한, 63개의 보존적 유전자들의 평균과 분산으로 유전체를 분석한 결과, 근연종들이 독자적으로 그룹을 만들었지만 그룹 안에서 유전체의 수와 유전체의 변이 정도는 비례하지 않는다는 것을 알 수 있었다.
<h2>유전자의 보존 정도</h2> <p>Table 3은 66종 미생물 모두에 대하여 보존적인 것으로 나타난 총 63개의 유전자들 중 일부를 보존정도에 따라 정리한 것이다. 보존정도를 파악하기 위하여 distance value를 모두 합산하였다. Distance value가 낮다는 것은 각 종들 간의 유전자 염기서열 차이가 작다는 것으로 보존성이 높다는 것을 의미한다. holog and paralog 칼럼은 특정 종 내에서 유전자 복사에 의한 paralog가 존재할 때 paralog들까지 모두 합산한 결과이고, ortholog 칼럼은 특정 종 내의 여러paralog들 중에서 가장 보존성이 높은 유전자 하나만을 기준으로 처리한 결과이다. 각각 Ribosomal protein S12 (COG0048)와 Ribosomal protein L14 (COG0093)의 보존성이 가장 높았으며, cell cycle control에 관여하는 ATPase인 COG0037의 보존성이 가장 낮았다. 전반적으로 리보솜 단백질 등 번역(translation)에 연관된 유전자들의 보존성이 높았다. 총 43 종의 미생물 비교에서[8] 보존성이 높았던 COG0050과 COG0051은 66종의 미생물에 보존적이지 않아 보존정도를 파악할 때 빠졌다. 강 등은[8] 보존성을 파악할 때, 본 연구의 ortholog 칼럼 방법을 행하였는데 COG0050과 COG0051을 제외한 보존성이 높은 상위 10 개는 본 연구와 일치하였다. 이는 43 종 이외에 본 연구에서 추가된 23종의 미생물들에서도 보존성이 높다는 것을 나타내는 결과일 것이다.</p> <p>단일 유전체에 paralog 없이 ortholog 하나만 있는 경우 ortholog의 보존성은 낮고, paralog가 있는 경우 ortholog의 보존성이 높다는 보고도 있었지만[7], 본 연구에서는 일치하지않는 경우도 있다는 것을 알 수 있었다. 즉 COG0480의 경우는 위의 보고와 일치하였지만, COG0541, COG0092, COG0552, COG0013의 경우를 보면 paralog들을 고려한 ortholog and paralog 칼럼에 비해 ortholog 칼럼에서 보존성 순위가 낮은 것으로 나타났지만, COG0037, COG0073, COG0258 등의 경우는 보면 paralog들이 많이 있어도 ortholog의 보존성 순서의 변화는 크지 않았다.</p> <h2>유전체의 보존성</h2> <p>Fig. 1은 66 종 미생물의 개별 유전체를 63개의 보존적 유전자가 나타내는 distance value를 평균과 분산으로 나타낸 결과이다. 유전자 단위로 구해진 distance value들은 하나의 유전자 관점에서는 유전체의 특성을 대변할 수 없지만, 유전자 표본의 수가 많아질수록 유전체의 톡성을 가깝게 표현한다고는 말할 수 있을 것이다. 서로 공유하지 못하는 유전자까지 분석하는 것은 논쟁이 될 수 있어, 본 연구에서는 분석대상 미생물 66 종 모두에 보존적인 유전자 63 개가 나타내는 단백질에 대한 distance value의 합을 이용하여 미생물 유전체를 분석하였다. 대부분의 종들이 기존의 미생물 종 분류상의 근연종과 그룹화 되어 있는 것을 알 수 있었다. 고세균 그륩 모두가 distance value가 높은 곳에 위치하였으며, 진핵생물 3 종은 고세균과 distance value가 비슷한 것을 알 수 있었다. 고세균, 진정세균, 진핵미생물의 리보솜 단백질을 분석하여 Crenarcheota와 진핵생물이 유사함을 밝힌 보고가 있었는데, Fig. 1에서는 Creanarchaeota에 비해 Euryarchaeota가 진핵생물에 더 근접한 것으로 나타났다. 이는 63 개의 보존적 유전자 중 리보솜 단백질 30 개를 제외한 33개의 유전자들에 의한 결과로 생각되었다(Table 2). 강 등은 Thermo-plasma volcanium의 평균값이 가장 높았는데 본 연구에서는 진핵생물인 Encephalitozoon cuniculi의 평균치가 가장 높았고(0.5291, 표준편차 0.0057), T. volcanium은 평균 \( 0.4969 \) (표준편차 0.0048) 이었다. 표준편차를 감안하면 둘 간의 차이가 크지 않아 어느 종이 더 보존적인지 확실하지 않다. 또한 표준편차와 평균을 고려할 때 Eucarya와 Euryarchaeota가 일부 겹치는 것으로 나타났는데, 이는 horizontal gene transfer 등 진화의 부정확한 bifurcating과 일치하는 것으로 생각되었다.</p> <p>근연종 내에서 각 유전체 평균의 범위는 Creanarchaeota, beta-Proteobacteria, Actinobacteria, Chlamydia-Spirochaetales, Cyanobacteria에서 적었다. 표준편차의 범위는 Mollicutes와 gamma-Proteobacteria에서 적었고 Chlamydia-Spirochaetales, Gram positive bacteria, Euryarchaeota에서는 넓어 동일한 유전체내에서 개별 유전자의 변이정도가 서로 다른 것을 알 수 있었다. 한 유전체에 포함된 각 유전자들의 편차가 큰 것은 수평적 유전자 전달에 의한 결과일 수 있다. 그리고 gamma-Proteobacteria의 경우 9속 (genus) 11 유전체가 비교 되었는데도, 2속 3유전체인 epsilon-Proteobacteria그룹과 3 속 3유전체인 Eukarya 그룹에 비해 평균과 표준편차의 범위가 작아, 속과 유전체 수에 따라 특정 미생물그룹 내 유전체 들의 변이 정도가 결정되는 것은 아니라는 것을 알 수 있었다.</p> <p>본 연구 결과에서 도출한 63개의 보존적 유전자는 생명체의 본질적 기능에 중요한 역할을 담당하는 것으로, 이들이 원시 생명체의 출발에서부터 보존적이었는지, 지구 환경의 변화에 따라 추가 등의 변화를 경었는지 혹은 유전자의 기능 대체현상(gene displacement)에 의한 것인지 알 수 없지만, 생명체의 진화 과정에서 이 유전자들이 보존된 이유와 기능적 연계에 대한 생물학적 연구에 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다.</p> <h1>요약</h1> <p>생명체의 본질적 기능에 중요한 역할을 담당하는 유전자들을 밝히기 위해 미생물 유전체들 사이의 공통적 유전자를 밝히는 COG알고리듬을 이용하였다. 진핵생물 3 종을 포함한<p>66종의 미생물에서 63 개의 유전자가 보존적이었으며, 단백질 합성에 관여하는 유전자들이 총 52개로 생명현상에서의 단백질의 중요성을 알 수 있었다. 각 보존적 유전자들의 dis-tance value를 이용하여 종간의 유전자 변이의 정도를 보면, ribosomal protein 512 (COG0048)와 ribosomal protein L14 (COG0093)의 보존성이 가장 높았다. 보존적 유전자들의 평균과 분산으로 유전체 분석을 수행한 결과, 고세균과 진정세균의 각 그룹 등 근연종들이 독자적 그룹을 형성하였다. 하지만 각 그룹내의 속 및 유전체의 수와 유전체 변이의 정도는 비례하지 않는 것을 알 수 있었다.</p>