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학위논문
저자정보

Abimbola Comfort Badejo (한양대학교, 한양대학교 대학원)

지도교수
채영규
발행연도
2013
저작권
한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

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다환 방향족 탄화수소 (Polycyclic aromatic hydrocarbons; PAHs)는 원유, 크레오소트와 콜타르의 주 성분이다. 이는 여러 환경에 존재하는 유독성 오염물질로 인류 건강에 큰 위협이 되고 있다. 다환 방향족 탄화수소를 분해하는 방법 중의 하나로 미생물에 의한 분해가 있다. 몇몇 미생물 균주은 이들 화합물을 대사 작용하여 성장에 필요한 에너지로 활용하는데, 이를 통해 다환 방향족 탄화수소의 독성을 줄이거나 완전히 제거할 수 있다. Mycobacterium gilvum PYR-GCK는 인디아나 북서쪽에 위치한 그랜드 캘류멧 강에서 분리되었다. 이 미생물은 환경에 존재하는 다환 방향족 탄화수소인 피렌에서 증식하며 이를 탄소와 에너지원으로 활용한다. 전세계적으로 일어나는 기름 유출 사건으로 인해 미생물 기술을 기반으로 한 다환 방향족 탄화수소의 생물학적 교정 연구가 시작되었다. 이 균주를 연구하면 이 미생물의 피렌 분해 활동의 전반적인 내용을 알 수 있게 되며, 생물학적 교정 목적으로 활용하는데 필요한 절차를 형성하는데 큰 기여를 할 것이다.
이 균주의 피렌 분해 과정 연구를 위해 최신 기술인 가스 크로마토그래피, 질량분석법, 불꽃이온화 감지법을 도입한 대사체 연구를 진행하였다. 이를 통해 4원구조의 기질을 3원, 2원 그리고 단원 형태로 분해하는 능력이 탁월하며 결국에는 트리카르복시산 회로의 중간대사물질로 들어가 이화작용 및 동화작용에 사용됨을 확인하였다. 단백질체 분석을 통해서는 피렌 분해를 유도하는 중요한 촉매제들을 발견하였다. 피렌 분해 경로 내 각 단계에서 작용하는 단백질 또는 효소를 찾기 위해 1차 겔 전기영동 및 액체 크로마토그래피/질량분석법을 도입하였다. 주 경로에 작용하는 효소와 대사물질이 사용되는 대체 경로에 작용하는 단백질을 발견하였다. 발현에 변화가 있는 유전자를 찾기 위해 엎에서 분석한 결과를 주요 대사작용에 존재하는 단백질과 비교하였다. 최신기술인 RNA 서열분석으로 피렌 분해 시 조절되는 전사체를 확인하였다. 피렌에 의해 발현되는 기능 및 복합 조절 요소 등의 전사체 목록을 확인할 수 있었다. 단백질체와 전사체 결과에 대한 비교를 통해 전사에 대한 정성 분석이 이루어졌으며 이를 통해 Mycobacterium gilvum PYR-GCK 내 피렌 분해의 분자적 정교함에 대한 정보를 밝혀냈다. 초기 분석에서 별다른 정보를 얻지 못한 관계로, 다양한 산성도와 염도 조건하의 균주 내 유전자 발현 분석을 실행하였다. 이 연구를 통해 다른 조건 내 방향족 원형 구조 절단에 관여하는 유전자의 활성도를 확인하였다. 연구한 유전자는 phdF, phdI, pcaG and pcaH로 각각 extradiol dioxygenase, 1-hydroxy-2-naphthoate dioxygenase/gentisate-1, 2-dioxygenase, protocatechuate-3,4-dioxygenase의 알파 및 베타 서브유닛을 암호화하고 있다. 이 연구로 피렌 분해 활성은 중성에서 약염기 조건에서 가장 높고, 균주 자체의 내염성 및 피렌 분해가 무염 조건 및 해수보다 높은 염 농도 58%에서도 가능함을 밝혀냈다.
박테리아 내 전사체와 유전자 발현에 대한 보고는 매우 제한적이며 이는 다환 방향족 탄화수소 분해 관련의 연구 분야에서는 보기 어렵기에, 이번 연구는 미생물 분야에서 앞서가며 Mycobacterium group 내 PAH 분해생물 분야에서 처음으로 유전자 발현 및 전사체를 다룬 연구이다.

목차

Table of contents
List of figures
List of Tables
Abstract
Chapter 1: Introduction
1-1: Polyaromatic compounds
1-2: Effects and biological removal of PAH
1-2-1: Biotic agents of PAH removal
1-2-1-1: Fungal agents
1-2-1-2: Mammalian agents
1-2-1-3: Plant agents
1-2-1-4: Bacterial degradation of PAHs
1-2-1-4-1: Pyrene degradation in Mycobacterium species
1-3: Techniques used to study PAH degradation
1-3-1: General cultivation and growth study
1-3-2: Mineralization study
1-3-3: Metabolomic study
1-3-4: Proteomics study
1-3-5: Transcriptomics study
1-4: Objectives of this study
Chapter 2: A global proteome study of Mycobacterium gilvum PYR-GCK grown on pyrene and glucose reveals the activation of glyoxalate, shikimate and gluconeogenetic pathways through the central carbon metabolism highway
2-1: Abstract
2-2: Introduction
2-3: Materials and methods
2-3-1: Chemicals, reagents and bacterial strain
2-3-2: Media and cultivation
2-3-3: Pyrene extraction, quantification and metabolites identification
2-3-4: Proteome extraction and LC-MS/MS analysis
2-4: Results and discussion
2-4-1: Strain growth and substrate utilization
2-4-2: GC/MS analysis reveals pyrene degradation in cultures & and pyrene induced cells
2-4-3: Proteomic analysis reveals differences in the glucose and pyrene induced cells
2-4-3-1: Central carbon metabolism pathway
2-4-3-2: Aromatic degradation pathway
2-4-3-3: Amino acid metabolism
2-4-3-4: Other significant pathways
2-5: Conclusion
Chapter 3: A comparative transcriptome and proteome profiling of Mycobacterium gilvum PYR-GCK in response to Pyrene Induction
3-1: Abstract
3-2: Introduction
3-3: Materials and methods
3-3-1: Chemicals, reagents and bacterial strain
3-3-2: Media and cultivation
3-3-3: RNA preparation
3-3-4: RNA processing and sequencing
3-3-5: Alignment and filtering of Sequence reads
3-4: Results
3-4-1: Transcriptomic profile of M. gilvum PYR-GCK to pyrene induction
3-4-1-1: Global view of pyrene induction response
3-4-1-2: Metabolism responsive genes based on glucose-induced versus pyrene-induced comparisons
3-4-2: Comparison between proteomic and transcriptomic expression profiles
3-4-3: Pyrene induction effect on the central carbon metabolism pathway
3-5: Discussion
3-6: Conclusion
Chapter 4: A gene expression study of the activities of aromatic ring-cleavage dioxygenases in Mycobacterium gilvum PYR-GCK to changes in salinity and pH during pyrene degradation
4-1: Abstract
4-2: Introduction
4-3: Materials and methods
4-3-1: Chemicals, reagents and bacterial strain
4-3-2: Media and cultivation
4-3-3: Pyrene utilization at the various growth conditions
4-3-4: Total RNA extraction and reverse transcription
4-3-5: cDNA synthesis and gene expression quantification
4-4: Results
4-4-1: Pyrene degradation in the various pH and salinity conditions
4-4-2: Relationship of ring-cleavage genes with other strains
4-4-3: Determining the transcriptional stability of endogenous control genes using the geNorm and NormFinder programs
4-4-4: Application of selected endogenous reference gene to pH and salinity changes on aromatic ring-cleaving dioxygenases study
4-5: Discussion
4-6: Conclusion
Chapter 5: Discussion and conclusion
References
국문요지
Acknowledgement

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