원핵생물 42종에 보존적인 COG를 선정한 후, 핵산염기서열과 아미노산 서열을 구하고, 전체 유전자 염기서열에서 16S rRNA 유전자의 염기서열을 추출했다. ClustalX를 이용하여 이들의 multiple alignmnent를 수행하고 보정하였다. 그 결과, 원핵생물이 transcription과 translation에서 진화적 분기가 있었다고 사료되며, 핵산의 유사도보다 아미노산의 유사도가 높은 것을 알 수 있다.
<h2>원핵생물의 보존적 유전자 선정</h2> <p>보존적 유전자 탐색 과정을 진핵생물인 효모를 포함하는 43종의 미생물에 대하여 수행하여 총 72종의 COG를 얻었다. 보존적 유전자 탐색 과정을 42종의 원핵생물에 대하여 수행하였고 여기서 구한 COG 중 43종의 미생물에서 보존적인 것을 제외한 것들은 원핵생물들이 공통적으로 보유하는 COG로 간주하였다.</p> <h2>아미노산과 염기서열의 확보</h2> <p>원핵생물 42종에 보존적인 COG를 선정한 후에 COG 홈페이지를 경유하여 NCBI에서 각 원핵생물의 COC에 해당하는 핵산염기서열과 아미노산 서열을 구하였다.</p> <h2>16S rDNA 염기서열 추출 및 분석</h2> <p>전체 유전자 염기서연에서 rRNA 그룹을 조사하여 16S rRNA 유전자의 염기서열을 추출하였고, 이것이 불가능한 경우에는 RDP-Ⅱ (http://rdp.cme.msu.edu)의 hierarchy browser를 이용하여 16S rRNA 유전자의 염기서열이 \( 1200 \mathrm { ~bp } \) 이상인 것만을 추출하였다.</p> <h2>다중서열 정렬 및 유연관계 분석</h2> <p>원핵생물 수준에서 보존적인 COG에 속하는 각 원핵생물 보유의 염기서열과 16S rDNA의 염기서열들은 ClustalX (ver. 1.64b) 프로그램을 이용하여 multiple alignmnent를 수행하고 manual alignment를 통하여 보정하였다. Neighbor-joining method와 bootstrap method (n = 1000)로 상관관계를 분석하였다.</p> <h1>결과 및 토의</h1> <h2>원핵생물 한정의 보존적 유전자와 특성</h2> <p>원핵생물에서만 발견되는 3종류의 COG들은 COG0195, COG0358, COG0528로 각각 transcription elongation fac-tor, bacterial DNA primase 그리고 uridylate kinase의 기능을 갖는 것이었다. COG0195와 COG0358은 각각 기능별로 보면 K (transcription)와 L (DNA replication, recombi-nation and repair)에 속하는 것이었다. 유전정보의 저장과 발현에 관계되는 것으로 진핵생물을 포함하는 43종의 미생물이 보유하는 72종의 COG중 translation에 관여하는 COG가 52종 이었고 transcription에 관련되는 COG가 4종 그리고 replication에 관여하는 COG가 3종인 것과 비교하면, 원핵생물이 진핵생물과는 transcription과 translation에서 차이를 보이는 진화적 분기가 있었다고 사료되었다. Uridylate kinase는 COG site의 기능분류상 F (Nucleotidetransport and metabolism)에 속하는 것으로 ATP와 UMP를 이용하여 ADP와 UDP을 만들어내는 효소로 pyrimidine ribonucleotide의 de novo biosynthesis에 관여하며 cytosol과 membrane 근처에 분포하는 것으로 알려져 있다.</p> <h2>보존성 및 유사도 비교</h2> <p>원핵생물에서만 발견되는 유전자는 16S rRNA 등과 함께 원핵생물을 분류하는 분자로서의 기능을 수행할 수 있을 것이다. 분류에 사용되는 분자의 조건은 비교대상생물에서 모두 발견되어야 하고 보존성이 높아야하며 동시에 각 생물이 구분될 수 있는 변이가 있어야 하는 것으로 알려져 왔다. COG0195, COG0358, COG0528은 비교대상 원핵생물에 모두 존재하는 유전자로 각 COG에서 보이는 핵산과 아미노산의 유사도는 Table 2에 나타내었다. 전체적으로 보면 핵산의 유사도보다 아미노산의 유사도가 높은 것을 알 수 있으며, 변이도를 보면 고세균 (Archaebacteria)에서 COG0195가 진정세균 (Eubacteria)에서는 COG0358이 핵산과 아미노산 모두에서 큰 것을 알 수 있었다. 진화속도의 문제가 있겠지만 수치상으로는 원시조상 고세균에서 COG0195가 아주 오래전부터 존재하여 많은 변이가 있는 것으로 추측할 수 있었다.</p>Mycobacterium leprae (Mle)와 Mycobacterium tuberculosis (Mtu) 그리고 Escherichia coli K12 (Eco)와 Escherichia coli 0157 (EcZ)의 경우 같은 속(genus)에 속하는데 COG0915의 구성원들을 보면 각각 ML1558와 Rv2841 그리고 nusA와 ZnusA 유전자를 보유하였다. 유사도 측면에서 보면 각각 핵산에서는 \( 82.78 \% \)와 \( 99.40 \% \)의 유사도를 보인 반면 아미노산에서는 \( 100 \% \)의 유사도를 보였다. 아미노산의 유사도가 핵산의 유사도 보다 높은 것은 redundancy로 설명이 가능할 것이다. 한편 핵산의 유사도가 진화의 정도를 표시하는 것이라고 생각하면 Mycobacterium leprae (Mle)와 Mycobacterium tuberculosis (Mtu)가 Escherichia coli K12 (Eco)와 Escherichia coli O157 (EcZ)보다 먼저 분기되었다는 것을 의미하는 것이라고 할 수 있었다. 이러한 경향은 고세균에서 더 심한 것을 알 수 있었다. 같은 Thermoplasma 속에 속하는 Thermoplasma acidophilum (Tvo)과 Thermoplasma volcanium (Tac) 그리고 Methanobacterium속에 속하는 Meth-anobacterium thermoautotrophicum \( ( \mathrm { Mth } ) \) 3균주는 각각 TVN117, TA0393m, MTH1217를 COG0195의 구성원으로 보유하고 있는데 핵산에서는 \( 27.31-33.33 \% \)의 유사도를 보였지만 아미노산에서는 \( 100 \% \)의 유사성을 보였다.</p>