계통발생학적 계보에서 각 분류단위의 생명체들이 나타내는 독특한 생명현상과 모든 생명체가 공통으로 갖는 필수기능에 대한 이해는 필수적이다. 아직도 세균들의 잠재적 유전자의 기능을 밝히지 못하고 있는바, 본 연구에서는 생물정보학적 접근방법으로 해양성미생물에 속하는 9종의 고세균의 유전체 비교를 통해 공통적으로 보존되고 있는 유전자를 확인하고자 하였다. 분석방법에는 COG 알고리즘이 사용되었다.
<h1>서 론</h1> <p>지구상에는 다양한 지구 환경에 적응하며 많은 종류의 미생물들이 살고 있는데 크게 원핵생물 (prokaryote)과 진핵생물 (eukaryote)로 나눌 수 있다. 한편 16S rRNA 유전자 분석을 통하여 고세균 (Archaea) 그룹이 대두되어 원핵생물은 다시 고세균 (Archaea)과 세균 (Bacteria)으로 나눌 수 있다.</p> <p>해양미생물은 육지에서 공급되는 강물 등에 의해 육상에서 관찰되는 미생물과 호염성세균 등 극한미생물이라 할 수 있는 해양특이적인 미생물들로 구성되어 있다. 심해수에서 해양세균 18종을 분리하였는데 그 들은 육상에서도 발견되는 Flavobacterium, Micrococcus, Pseudomonas 등이 포함되어 있었다. 한편 해양미생물은 육지에 존재하는 미생물과 여러 가지 면에서 생태적, 생리적 특징이 달라 독특한 생리활성을 나타내는 것들이 많다. 해양 유래의 고세균은 생태적 특이성에 기인하여, 세균과는 다른 성질의 효소를 생산하는 등 응용가능성이 높아 산업적 가치도 높다.</p> <p>Orthologous는 공통의 조상으로부터 종분화되어 서로 다른 종에 있는 유전자들의 집합으로 정의하며, paral-ogous는 한 유전체내에서 복사 (duplication)로 생성된 유전자들을 총칭하는 용어이다. COG (Clusters of Orth-ologous Groups of protein)는 orthologous들에서 유래된 단백질의 집합으로 대개 유사한 구조와 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 각 COG는 적어도 3가지 이상의 계보 (lineage)에서 유래된 paralog 그룹 혹은 개별의 단백질들로 구성되어 있어 하나의 공통조상유전자 (ancient con-served domain)에 해당하는 것으로 간주할 수 있다.</p> <p>계통발생학적 계보 (phylogenetic lineage)에 있어 생명체들이 나타내는 각 분류단위의 독특한 생명현상과 모든 생명체가 공통적으로 나타내는 필수기능 (housekeeping function)에 대한 이해는 생명 자체의 이해에 대한 핵심이라 할 것이다.</p> <p>TIGR (The Institute for Genomic Research)에서 Haemophilus influenzae 게놈의 염기 서열을 밝힌 이후 최근에는 원핵생물인 고세균, 세균과 진핵생물인 Sacchar-omyces cerevisiae의 염기서열이 보고되면서 여러 미생물간의 진화학적인 그리고 비교유전학적인 분석이 가능하게 되었다. 고세균은 복제, 전사, 번역에 관련된 기구들과 rRNA 구조에 따라서 다른 생물그룹과 대별되는데 형태학적인 특성은 Gram 양성세균과 다른 것이 없으며 단백질 서열에서 보존적인 서열을 분석하면 Gram 양성구균에서 고세균이 진화한 것으로 보고하였다. 한편 translation elongation factor와 \( \mathrm{H}^{+} \)-ATPase는 진핵생물의 것과 유사하다고 알려져 왔다. 고세균에서 예상되는 ORF(open reading frame)의 절반 정도는 아직 기능을 알 수 없어 이러한 잠재적 유전자 (potential gene)에 대한 기능을 밝히는 것은 생물학에서 중요한 역할을 한다고 할 것이다. 실제로 COG를 이용하여 심해저 미생물인 Archaeoglobus fulgidus에서 유용한 유전자를 찾은 사례도 있다.</p> <p>Makarova 등은 4개의 고세균을 분석하여 Euryar-chaeota의 유전자 중 일부는 bacterial homolog와 유사성이 높은 것을 발견하고 이들은 미생물간에 유동적인 것으로 간주하고 수평적 유전자 이동 (horizontal gene trans-fer)과 계보특이적 결실 (lineage-specific gene loss)이 Euryarchaeota의 진화에 중요하다고 하였다. 하지만 분석 개수가 4개이고 Wolf 등은 10 종의 고세균을 분석하였지만 계통수에 집중하여 유전체를 비교하는 것과는 거리가 있다고 할 것이다.</p> <p>본 연구에서는 생물정보학적인 접근방법으로 염기서열이 알려진 미생물 중 해양성미생물에 속하는 고세균 9종이 가진 유전체를 비교하여 공통적으로 유지되고 있는 보존적 유전자의 존재를 확인하고자 하였다. COG 알고리즘을 이용하여 각 분류단계별로 추가되는 보존적 유전자를 분석하였고 해양성 Euryarchaeota와 육지성 Eurya-rchaeota의 유전적 조성을 비교하였다.</p>