□ 연구개요 본 연구는 최근의 태양 관측결과를 근거로 하여, 태양 대기중에 널리 분포된 자기 플럭스 루프 (magnetic loop)의 동적 형성과 그에 수반하는 가열이라는 새로운 관점에서 태양 물리학의 중요 과제인 태양 대기 가열 문제를 해명하고자 한다. 즉 루프 내에서의 하강류 생성과정, 이 하강류와 저층 대기와의 충돌에 의한 열화 과정, 발생한 열에너지의 루프 상부를 향한 수송 과정을 포괄하는, 루프의 동역학적, 열역학적 진화를 관측을 근거로 한 이론적 고찰를 통해 규명하려고 한다. 이를 통하여, 종래의 연구에서처럼 태양활동영역을 단순히 그 형태에 따라서 분류하는 수준에서 벗어나, 그 구조와 진화에 따라 정량적으로 분류하는 방법을 제시하려고 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Tetsuya Magara
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : solar atmospheric heating;solar dynamics and magnetism;magnetic flux emergence;solar active region;shock wave;nonlinear force-free field;numerical simulation;magnetohydrodynamics;

▣ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 □ 생체 방사선 피폭에 대한 정량적 피폭량올 기존의 방법이 아닌 새로운 분광학적 방법 중 라만 분광학올 활용하여 비침습적, 비파괴적으로 실시간 진단할 수 있는 생체 방사선 피폭 진단 센서를 개빌하고자 함 □ 본 센터가 보유하고 있는 방사선 조사기와 라만 분광기를 비롯한 공동활용기자재를 이용하여 방사선 노출 전·후의 생체 변화 감지가 가능한 새로운 분석법올 제시하고, 실용화하여 방사선 종사자들의 일상 점검 및 라돈올 비롯한 생활 방사선 피폭 유무를 조기에 진단할 수 있는 센서를 개발하고자 함 ◼ 전체 내용 본 연구에서는 분광학적 방법올 통하여 의료 전문가의 참여로 인한 생체 샘플 채취 과정이나 기존의 진단 장비를 통한 장시간의 결과 도출 과정이 없는 비침습적이고, 비파괴적으로 방사선 노출에 대한 생체 손상 실시간 진단올 위한 고감도 분석기술올 개빌하고자 함 □ 신속 정확한 방사선량 측정올 위한 지표 발굴: 방사선량 측정용 지표 발굴올 위해 방사선량 및 조사 빈도에 따른 정상 세포와 피폭 세포 간의 손상 정도를 라만 및 SERS 스펙트럼 측정하여 비교 분석 □ 새로운 피폭 방人버량 측정 지표 검출 방법 개발: 방사선 노출 시 생성되는 세포 별 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)의 라만 및 SERS 스펙트럼올 측정하여 분광학올 이용한 활성산소종 정량 표준화 시스템 구축 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발: 방사선 노출에 따른 동물 모델 반음 평가 및 단백질 구조 변하를 분석. 라만 및 SERS 분석법올 적용하여 동물 모델에서의 방사선량 피폭 진단 센서 개발 ▣ 연구개발성과 □ 세포별로 방사선 조사에 따른 autophagy 유도 및 reactive oxygen species (R0S) 발현이 다르지만, 선량 증가에 따라 증가함올 확인함. 또한 라만 스펙트럼 올 통해 R0S 발현과 지질이 연관됨올 확인함 □ 방사선 조사 전·후의 생체 지표 표준화를 위해 방사선 조사로 인한 각질세포와 멜라닌세포의 지질 과산화 정도 비교 분석, 세포 노화 신호 전달 관련 단백질 검출, 각질 세포 구성 단백질의 라만 스펙트럼 분석하였음. 결과적으로 지질 변화를 생체 지표로 활용 가능함올 확인함 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발올 위해, 방사선에 피폭된 쥐의 골수 세포와 피부 조직올 분석함. 라만 스펙트럼 분석 결과 생존율 감소가 DNA/RNA의 감소와 선형 관계로 나타남올 확인함. 또한 피부 조직의 변화를 외피와 내피로 나눠 분석하였으며, 5 Gy 이상에서 뚜렷한 징후가 나타남올 확인하였고, 콜라겐과 지질의 변화로 방사선량 피폭 진단의 마커로 사용할 수 있음올 확인함 ▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 □ 방사선 조사 전·후의 변화를 검출 할 수 있는 비파괴적·비침습적 새로운 방법에 대한 기초 지식 제공 □ 본 센터에 집적화된 방사선조사기와 분광분석장비/생물학적 분석장비/환경·에너지소재 연구 장비 등의 효율적·체계적 공동활용올 통해 수준 높은 연구성과 달성 □ 본 연구 과제의 성공적인 수행으로 바이오-나노 분석 화학 분야의 국제 연구 경쟁력 강화에 기여 □ 방사선조사기와 집적화된 분광분석/생물학적 분석 장비를 활용한 다학제간 공동 연구 활성화로 나노분광학 및 방사선의과학 연구성과 극대화 □ 본 연구의 성공적인 산학 공동 연구 수행으로 현장에서 바로 검출 가능한 이동식 라만 분광기용 진단 장비 개발에 기여 □ 세계적 수준의 방사선 융복합 연구 장비 활용 공동 연구 거점 역할올 통하여 방사선 연구 분야 역량 강화에 기여 □ 라만분광학 및 SERS 분광학올 이용한 새로운 유형의 방사선 검출 기술 개발에 따라 시장 점유율 증대 및 고부가가치 참출 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박연주
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240500
• Keyword : 1. 라만분광학;방사선;진단센서;비침습적;실시간진단; 2. Raman spectroscopy;Radiation;Diagnostic sensor;Non-invasive;Real-time detection;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김호진
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. CT/CBCT 영상;방사선치료;인공지능;인공음영 저감;방사선치료결과 예측; 2. CT/CBCT Image;Radiotherapy;Artificial Intelligence;Metal Artifact Reduction;Radiation Outcome Prediction;

◻ 연구개요 사구체 특이적 lamin B1 cKO 마우스를 이용하여 노화, lamin B1, 사구체 기능으로 이어지는 유전적 경로의 상호 인과관계를 마우스의 개체수준에서 증명하고 lamin B1의 상위 신호전달경로 및 조절 기전을 규명함 ◻ 연구 목표대비 연구결과 ❍ 과제 계획서에서 제시한 연구목표 중 lamin B1에 의한 신기능 저하를 마우스와 초파리의 개체수준에서 분석하고자 하는 연구목표를 대부분 달성함 ❍ 구체적으로 성공적으로 진행한 연구는 다음과 같음 √ 마우스 사구체 각 세포의 노화에 따른 lamin B1 변화 측정 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 생산 및 기본 분석 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 분석을 통한 lamin과 신기능 간의 인과관계 확인 √ 초파리를 이용한 lamin B1의 신기능에서의 역할 및 상위 조절경로 규명 ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ❍ 연구과제의 활용 계획 √ 다양한 노인성 질환의 제어를 위한 새로운 모델 제시 √ 본 연구에서 사용된 실험모델을 활용한 다양한 공동연구 추진 √ 당뇨병성 신증 등 유사 신장 질환에 확대적용 ❍ 기대효과 √ 노인성 신기능 저하에 대한 lamin을 매개로 새로운 연구방법 활성화 √ Lamin B1 상위 조절 경로의 연구를 통해 신장 질환 치료 후보물질 발굴 √ 사회 전체의 노령화로 인해 급격히 증가하는 의료비 부담 완화 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김영조
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 노화;핵막;라민 비1;사구체;족세포; 2. aging;nuclear envelope;lamin B1;glomerulus;podocyte;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 세로토닌-N-아세틸전이효소 (SNAT)는 멜라토닌 생합성의 직전 단계(penultimate) 효소로 멜라토닌 생합성의 rate-limiting enzyme으로 작용한다. 벼에서 SNAT 유전자는 두 개의 isogene으로 존재하지만, 벼 SNAT isogene의 분화 기원 연구는 전혀 없는 상태이다. 벼 SNAT 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하였고, 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 또한, 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자만 존재하는 것으로 나타났다. 따라서 벼 SNAT isogene 유전자의 분화가 단세포에서 다세포로 분화되는 시점에서 분화된 것임을 추정할 수 있었으나, 이 가능성은 이들 SNAT 유전자들의 기능이 검증되지 않는 상태에서는 단정할 수 없는 상태이다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog, 식물 SNAT homolog, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두 종의 벼 SNAT 유전자를 in vitro에서 발현시켜 SNAT 효소 특성을 분석하고, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력과 생리생태적 특성을 검정하여 벼 SNAT1 & SNAT2 유전자의 기능과 비교 분석하려고 함으로서, 식물에서 멜라토닌 생합성 SNAT 유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ◼ 전체 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자(CrSNAT2)와 animal SNAT 유전자(CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)와 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrSNAT2, CrAANAT, SNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -CrSNAT2, CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₁ 형질전환 벼 육성 및 유전자 발현 확인 -T₁ 및 T₂ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₂ 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포 내 위치 분석을 위한 confocal analysis -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌 합성 능력 확인 -4종의 T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석 (트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -4종의 T₂ 형질전환벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-hydroxymelatonin, 3-hydroxymelatonin, AFMK, 및 AMK) 4) 4종의 SNAT 발현 T₂ 형질전환 벼의 스트레스 저항성 분석 및 수량 특성 등 생리·생태적 특성 연구 및 유전자 기능 규명 ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 벼 SNAT1 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT1 ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하고 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. Chlamydomonas 와는 다르게 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog 유전자, 벼(식물) SNAT homolog 유전자, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두종의 벼 SNAT isogene 유전자를 클로닝 하여, 대장균에 발현하고, 정제하여 SNAT 효소 특성을 비교 분석하며, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력 검증하여 cyanobacteria에서 녹조류(단세포에서 다세포로)로 진화하는 과정에서 멜라토닌 생합성 SNAT유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소 특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자 (CrNAT2)와 animal SNAT 유전자 (animal CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)과 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포내 위치 분석을 위한 confocal analysis -T₁ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -T₂ 형질전환 벼에서 homozygous 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T2 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌합성 능력 확인 -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석(트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-하이드록시멜라토닌, 3-하이드록시멜라토닌, AFMK, 및 AMK) ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 멜라토닌을 합성에 관여하는 SNAT는 분화과정을 거치는 과정에서 매우 잘 보존되어 있으며 멜라토닌합성에 매우 중요한 효소이다. 식물에서 멜라토닌은 생물적, 비생물적 스트레스에 대한 방어기작에 관여할 뿐만 아니라 뿌리 생장, 개화, 2차 대사산물에 관여하는 것으로 알려져 있다. 벼에서 SNAT1과 SNAT2 유전자는 모두 멜라토닌 합성능력을 가지고 있지만 두 유전자의 기능은 공통 표현형인 성장억제를 제외하면 유전자의 발현 시기, 발현 위치, 스트레스에 대한 반응성, 호르몬 연관성 등에서 차이를 보여주고 있다. 2단계 연구는 1단계에서 확보한 4종 SNAT 발현 형질전환 벼의 내재 멜라토닌 증가로 인한 스트레스 반응성 검정 및 생리·생태적 특징을 비교하고 동시에 전사체분석을 이용하여 4종의 SNAT 유전자 과발현에 의한 유전자군의 변화를 확인하여, 기존에 보고된 SNAT 과발현 식물의 전사체분석 결과와 비교 분석하여 4종 SNAT 유전자들의 분화와 진화 관계를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼 radical scavenging activity 분석 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보 유전자 발굴 및 멜라토닌 반응성 연관성 조사 -스트레스 조건에서 SNAT 유전자의 발현 및 단백질 조절기작 조사 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 radical scavenging activity 분석 -GpSNAT 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보유전자 발굴 및 멜라토닌 반응 연관성 조사 □ 연구성과 - Chlamydomonas의 SNAT ortholog 유전자 (CrSNAT2, CrAANAT) 및 Gonium sp.의 SNAT 유전자 (GpSNAT1, GpSNAT2)의 효소기질특이성을 분석한 결과 기질인 세로토닌에 대한 Km은 CrSNAT2, CrAANAT alc GpSNAT1 각각 358 μM, 247 μM, 442μM이고, Vmax는 185 pmol/min mg protein, 325 pmol/min mg protein, 937 pmol/min mg protein GpSNAT2는 효소활성이 매우 낮아 측정이 불가하였음. -단세포 및 다세포 녹조류 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrAANAT 및 CrSNAT2 단백질이 세포질 내에 localization 됨을 확인 -기질인 5- methoxytrptamine (5-MT)을 처리하여 멜라토닌 합성능력을 확인한 결과 CrAANAT, CrSNAT2, GpSNAT1 과다발현 형질전환 벼에서 각각 39.8%, 19.1%, 12.5 % 멜라토닌 양이 증가하는 것을 확인 -CrAANAT 과다발현 형질전환 벼의 종자크기가 증가된 것을 확인함 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 식물에서 멜라토닌 생합성의 핵심유전자인 벼 SNAT 유전자는 cyanobacteria에서 발견되며, 이후 내공생과정 (endosymbiosis)을 통해 홍조류의 엽록체 genome에 존재하다가, 단세포 녹조류에서 nuclear genome에 안착된 것으로 보이고, 이후 분화과정 중에 최소 2종류의 SNAT isogenes을 획득한 것으로 추측된다. 단세포녹조류 Chlamydomonas, 다세포녹조류 Gonium sp.에서 발견되는 SNAT 유전자 연구는 SNAT 유전자의 기원과 분화과정 「Cyanobacteria → Red algae → Chlamydomonas → Gonium sp. → plants」 evolution에 대한 결정적인 유전적인 정보를 제공하게 될 것이며, 연구과정 중 육성된 고멜라토닌 함량 생산 벼를 육성하여 스트레스 저항성 작물 개발의 자원으로 활용될 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 황옥진
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 멜라토닌 분화;세로토닌아세 틸전이효소;클라미도모나스;고니움;형질전환 벼; 2. melatonin evolution;serotonin N-acetyltran sferase;Chlamydomonas;Gonium;transgenicrice;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 본 연구과제는 양자플라즈마(quantum plasma)에서의 파동-플라즈마 및 플라즈마-플라즈마 상호작용 연구를 위하여 양자플라즈마의 경계면에서 전파되는 표면파의 감쇄 및 성장과 원자충돌 현상에 의한 산란단면적에 작용하는 양자효과와 비선형 플라즈마 차폐효과를 연구하여 양자플라즈마의 물리적 특성을 밝히고 이를 양자플라즈마, 고밀도 천체플라즈마 등에 응용할 수 있는 양자 플라즈마 현상을 탐구하는 과제이다. □ 연구 목표대비 연구결과 모든 연차별 목표를 100% 달성하였다. 특히 최초 선정시 계획에 없었던 추가연구를 수행하여 2차년도에는 강하게 결합된 플라즈마에서 Wigner time-delay, lower-hybrid surface wave, space charge wave in a self-gravitating plasma, 3차년도에는 충돌 플라즈마에서의 이온 온도 효과, 난류가 란다우 감쇄에 미치는 영향 등을 연구하였다. 당초 계획한 연차별 목표는 다음과 같으며 이를 모두 달성하였다. (1) 1차년도 연구목표: 양자플라즈마 표면파 및 전자산란 연구 - 양자플라즈마 및 비평형 (r, q) 표면파의 분산식 및 성장률 계산 - 양자플라즈마에서의 Compton 산란 계산 (2) 2차년도 연구목표: 양자이온음파 표면파 및 Shannon Entropy 연구 및 추가연구 - 양자이온음파, 난류플라즈마 등의 표면파의 분산식 유도 및 성장률 계산 - 강하게 결합된 플라즈마에서의 원자 Shannon Entropy 계산 (3) 3차년도 연구목표: 강하게 결합된 양자 플라즈마에서 불안정성과 제동복사 연구 및 추가연구 - Two-stream 불안정성의 양자적 효과 계산 - 원통형 플라즈마에 대한 TG mode 연구 - 양자플라즈마에서의 전자-이온 제동복사 계산 (4) 4차년도 연구목표: 양자더스트 표면파 및 양자플라즈마 OST 연구 - 더스트 플라즈마에서의 양자적 효과 및 표면파 계산 - 양자 streaming 플라즈마에서의 표면파의 불안정성 계산 - 양자플라즈마에서의 occurrence scattering time (OST) 계산 (5) 5차년도 연구목표: 양자플라즈마 파동의 비선형 효과 및 이온화 연구 - 비선형 효과가 양자플라즈마 표면파에 미치는 영향 계산 - 전하포획 계산, Photoionization 계산 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 양자플라즈마 내에서 표면파의 불안정성과 여러 원자 층돌현상에 대한 본 연구를 통하여 이상적 플라즈마 또는 약하게 결합된 플라즈마를 나타내는 고전적인 Debye 가림 모델로는 여태껏 설명하지 못하였던 양자효과, 비선형 가림효과, 중성충돌 효과등의 변화에 따른 양자플라즈마 표면파의 불안정성과 여러 충돌 과정에 대한 산란 단면적 및 반응률의 변화를 조사할 수 있을 것으로 기대하며 이를 통하여 보다 정확한 원자 천이율(atomic transition rate)을 알아내고, 또한 이로 인하여 방출되는 연속 혹은 불연속 방사 스펙트럼을 보다 명확히 이해 할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 연구결과를 바탕으로 향후 양자플라즈마 내에서 전자분포 형태와 결합 파라미터(coupling parameter), 축퇴파라미터(degeneracy parameter) 등 여러 플라즈마 파라미터들을 규명할 수 있을 것으로 생각하며, 이들 양자플라즈마로부터 방출되는 스펙트럼을 조사, 분석하는데 많은 도움이 될 것으로 보인다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이명재
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 양자플라즈마;표면파;란다우감쇄;제동복사;횡적 축약 방법; 2. quantum plasma;surface wave;Landau damping;bremsstrahlung radiation;transverse truncation method;

□ 연구개요 본 연구과제의 최종목표는 방사선치료의 효율을 증대하기 위하여 citrate 환원반응(citrate reduction reaction)을 이용하여 최적의 금 나노입자를 제작하는 방법을 개발하고 이를 검증하는 것. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구목표 (1)1차년도(2021) -radiosensitizer 제작에 대한 기존 발표된 연구의 사전조사. -citrate 환원반응을 이용한 금나노입자 제작방법의 simulation 및 방법 결정. (2)2차년도(2022) -citrate 환원반응으로 제작된 금나노입자를 제작. -다양한 방법(microwave, laser, radiation 등등)으로 금나노입자의 제작연구. (3)3차년도(2023) -최적의 citrate환원 반응으로 결정된 금나노입자의 특성 및 DEF 측정. -개발된 금나노입자의 dose enhancement 검증. ■연구과제를 통한 연구결과 -기존의 금나노입자에 대한 방사선치료의 효과에 대한 사전조사를 진행. -금나노입자에 대한 MC 시물레이션을 진행. -고도의 방사선치료의 효과를 검증하는 연구결과 SCI급 논문 2편, 국내 학회지 2편 -방사선치료 선량교정 및 치료효과 검증에 대한 특허 출원 4편, 등록 2편 -금나노입자를 통한 방사선치료의 효과증대에 관한 관련 석사학위 2명 배출 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■연구과제의 활용방안 -연구결과 발표된 논문의 성과를 바탕으로 더욱 정밀하고 안전한 방사선치료를 수행하여, 방사선치료의 효과를 높일 수 있음. -출원 및 등록된 특허를 바탕으로 고도의 정밀한 방사선치료 효과를 검증하고, 치료의 효과를 정확히 검증하는데 적용될 수 있음. ■연구과제의 중요성 -금나노입자를 이용한 방사선치료의 효과 증대에 대한 연구는 방사선치료 분야에서의 혁신적인 접근 방식을 제시하고 있음. -금나노입자의 특성을 활용하여 방사선치료의 효과를 증대시킴으로써 종양의 치료의 효과를 향상시킬 수 있음. 암 환자의 생존율을 향상시키고 치료 과정의 부작용을 중일 수 있음. -금나노입자를 이용한 방사선치료 제작 방법의 최적화 및 효율적인 사용법을 제시함으로써, 의료분야에서 방사선치료의 효과를 극대화할 수 있는 방안을 제공함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오세안
• 주관연구기관 : 영남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;금나노입자;Citrate 환원반응;방사선증감제; 2. Radiotherapy;Gold Nanoparticle;Citrate Reduction Reaction;Radiosensitizer;

□ 연구개요 미세유체 칩열량계를 개발하여 세포에서 발생하는 열을 측정하고 이를 통해 세포대사율을 정량측정함. 기존에 개발하였던 칩열량계를 세포대사열을 측정하기 용이하도록 미세유체기능을 추가하고, 측정민감도 및 측정안정성을 개선하여 다양한 약물을 처리하였을 때 세포대사율 변화를 분석하는 방법을 확립함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 칩열량계 성능 개선: Thermistor 온도센서의 전기적 특성을 분석하고 온도측정 민감도를 10 μK 수준으로 향상. Parylene bonding기술을 사용하여 측정챔버부피를 개선하여 volume-specific power resolution을 세계최고수준으로 확보. Droplet microfluidic를 접목하여 droplet을 이용한 유체조작. 항체를 이용한 세포포획 및 분리. - 측정환경 개선: Radiation shield를 on-chip 진공에 적용하여 열손실 감소. 온도 안정성이 10 μK 수준의 thermostat 개발. - 세포의 대사율 정량분석: 대사열 측정 민감도 100 pW 수준 확보. 부착세포와 부유세포에 대한 세포대사열 측정. 약물 처리시 대사열 변화 측정. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 세포대사열을 높은 민감도로 측정할 수 있는 미세유체 기반의 열량계는 대사관련 질환뿐 아니라, 암, 노화 등 다양한 영역에서 기초연구 및 응용연구에 활용될 수 있음. 특히 신약개발 시에 약물의 효과를 검정하기 위한 세포기반 검정법으로 활용될 수 있어 상용화 가능성도 높은 원천기술 개발연구임. 향후 기술을 더 발전시키고 처리량을 높여 실질적인 세포기반 검정이 가능한 기법으로 발전시키고 다양한 응용연구에 활용하고자 함. 이를 통해 새로운 세포대사율 측정기법으로 활용되어 의학 및 생물학 전반에 활용될 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이원희
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세포대사열;칩열량계;패릴린;미세유체; 2. cell metabolic heat;chip calorimeter;parylene;microfluidics;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 두 개 이상의 배아에서 나온 할구의 응집으로 얻은 키메라 배아는 기본 및 응용 생명공학에서 여러 응용 분야를 가지고 있으며 포유류의 초기 발달과 분화를 연구하는 데 유용한 도구 역할을 함. 자연발생 또는 형질전환 체세포주를 활용한 돼지 배아줄기세포 확립하여 그 세포주를 공여핵으로 활용한 핵이식 배아를 작성하며, 할구 응집법 또는 배반포 보완법을 이용해 키메라 배아를 생산함. 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산능력을 평가함. 이후 확립된 형질전환 키메라 유래 배아 및 산자의 정상성 및 키메라 특성을 평가함. ○ 전체 내용 이 연구는 흑색종 돼지의 자연발생 또는 형질전환 세포주를 구축하고, 이를 활용하여 키메라 배반포를 작성하는 기초연구를 수행한다. 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산에는 자연발생 흑색종 돼지나 형질전환 돼지로부터 세포주를 얻어 조직학적 및 분자생물학적 특성을 분석하고, 세포주 동결보존 시스템을 개발하는 과정이 포함된다. 또한, 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통해 고품질 난모세포 생산시스템을 구축하고, 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법을 개발한다. 이어서, 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아 및 키메라 배반포를 생산하며, 특성분석을 수행한다. 이 과정에서 형태학적 관찰뿐만 아니라 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 확인하는 검사가 이루어진다. 또한, 비외과적 배아 이식법을 개발하고 키메라 질환모델 동물을 생산하는 과정에서 돼지 수정란 이식 적기를 조사하고 자궁 심부주입기를 활용한 후기배 이식기법을 개발한다. 키메라 도입 돼지 모델의 생산과 특성분석에서는 형태학적 관찰과 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 검사하여 키메라의 특성을 분석한다. 마지막으로, 흑색종 모델돼지의 유효성과 생식선전달을 통한 후대검증 생산 단계에서는 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부를 확인하는 실험이 진행된다. ○ 1단계 ◎ 연구 목표 ● 흑색종 (자연발생, 형질전환) 세포주 구축 ● 키메라 배반포 작성을 위한 기초연구 ● 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산 ◎ 연구 내용 ● 자연발생 흑색종 돼지 또는 흑색종 형질전환 돼지로부터 세포주 구축 - 구축된 세포주의 조직학적, 분자생물학적 특성분석 - 세포주 동결보존 시스템 개발 ● 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구 - 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통한 고품질의 난모세포 생산시스템 구축 ● 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법 개발 - 식물성혈구응집소(PHA-L; phytohemagglutinin-L) - 특수제작디쉬 등을 이용한 응집법 개발 - 배아 분할 시기에 따른 응집효율 검토 - 배반포 내 형질전환 줄기세포주 주입술 검토 ● 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아를 및 키메라 배반포를 생산 단위발생에서 구축된 할구 응집 및 배반포 내 세포이식술을 활용하여 체세포 핵이식 키메라 배아 작성 ● 키메라 배아의 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현 등의 검사 ○ 2단계 ◎ 연구 목표 ● 비외과적 배아 이식법 개발 ● 키메라 질환모델 동물 생산 ◎ 연구 내용 ● 비외과적 배아 이식술 검토 - 돼지 수정란 이식 적기 조사 (배란확인 등) - 돼지 자궁 심부주입기를 통한 후기배 이식기법 개발 ● 키메라 도입 돼지 모델의 생산 및 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현여부 검사 ● 흑색종 모델돼지의 유효성 및 생식선전달을 통한 후대검증 생산 - 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부 검사 □ 연구성과 연구의 정량적 연구성과로는 두 개 이상의 배아에서 얻은 할구의 응집을 통해 생성된 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산 효율을 수치로 평가가 있음. 이는 키메라 배아의 형태학적 특성과 산자 생산 능력을 정량적으로 측정한다. 또한 체외발달과 생식 성과를 확인할 수 있음. 본 연구과제를 통해 SCI급 논문 10편, 200개이상의 키메라 배아생산 및 이식하여 1두 이상의 키메라 돼지 개체를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 정성적 연구성과로는 돼지 배아줄기세포를 확립하고, 이를 공여핵으로 활용하여 핵이식 배아를 작성하는 과정을 포함하며 할구 응집법이나 배반포 보완법을 이용하여 키메라 배아를 생산하며, 이러한 키메라 배아의 정상성 및 특성을 평가하는 것이다. 이러한 연구는 기본 및 응용 생명공학 분야에서의 다양한 응용 가능성을 제시하며, 특히 포유류 초기 발달과 분화에 대한 연구에서 유용한 도구로 활용될 수 있음을 시사한다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 ● 생명공학 기술의 기초지식 제공 - 돼지 핵이식 수정란의 생물학적 특성에 대한 정보를 축적함으로써 핵이식기술을 이용한 응용분야에 기초 자료를 제공함. - 돼지 핵이식 수정란의 체외발육 및 체내생존성을 향상시킴으로써 핵이식기술에 의한 복제돼지 생산효율을 향상시킬 수 있음. - 타 축종의 배아줄기세포주 확립에 적용하여 효과를 검토함으로써 관련분야의 기술적 발전에 활용할 수 있다. - 배아줄기세포주 확립은 유전자를 조작한 형질전환 돼지나 바이오장기생산용 돼지 등 특수목적 동물의 생산효율을 증가시킬 수 있음. - 형질전환 키메라 동물의 생산효율 증진에 활용 - 유전자 발현을 조절을 통한 생체내 기능을 추적하는 대사체유전학 연구에 활용됨. - 형질전환 키메라 돼지 생산으로 의약학 및 생명공학 기반기술 개발 활성화에 기여함. - 형질전환 키메라 돼지의 생산 및 특정품종의 개량에 응용이 가능함, ● 의료산업 및 줄기세포치료법 개발의 기반확보 - 난자의 새로운 체외성숙시스템 개발은 동물뿐만 아니라 사람의 불임치료에도 이용 되어질 수 있음. - 현미수정란, 체외조작 수정란 등 관련기술에의 적용에 의한 기술적, 산업적 기반확보가 가능함. - 줄기세포는 현대 의학으로 치료가 어려운 난치병 치료에 사용 가능할 뿐만 아니라 신약 개발, 질병의 원인 규명 등 광범위하게 이용될 수 있음. - 돼지 배아줄기세포 연구는 인간의 배아줄기세포 연구의 모델이 될 수 있음. - 형질전환 기법을 통한 재생의학 분야의 치료용 세포 생산에 활용할 수 있음. - 관련 기술을 바탕으로 특허출원 검토 및 구체화. - 유관 기관 및 업체에 기술 이전 및 기술 이전료 징수가 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이주형
• 주관연구기관 : 세명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 흑색종;키메라;형질전환동물;체세포핵이식;난할구 응집; 2. malignant melanoma;chimera;transgenic animal;somatic cell nuclear transfer;blastomere aggregation;