From the development of genetics and molecular biology, complete genome sequences of organisms including human beings have been obtained in a short time period. A large portion of the cellular characteristics is included in genome sequences. However, there are a few problems and limitations to analyze cellular functions in DNA sequence level. For the meaningful understanding of the essential capabilities of organisms, analysis of proteins and metabolites has to be performed thoroughly.
In this study, the procedures for the construction of metabolic pathways in genomic scale were proposed. Metabolic pathways of two microorganisms were constructed from the complete genome sequence. Complete genome sequences were obtained from on-line sequence databases and a sequencing company. The genetic information inherent in the sequence was decoded. Functions were assigned to genes based on sequence homology and phylogenetic information. Metabolic pathways were constructed using top-down method and bottom-up method. Enzymatic reactions and metabolic pathways of the reference data are generally a result of selective accumulation of data obtained from numerous experiments and biochemical analysis. These data can be used as a guideline of generating metabolic pathways. Various graph theories can be used to generate metabolic pathways from the list of reactions. Both methods have advantages and disadvantages.
From the analysis of metabolic capabilities, a lot of information were obtained. As an example, Mycoplasma pneumoniae causing atypical pnuemonia does not have most of pathways involved in biosynthesis and TCA cycle. In contrast, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E isolated from the rumen of Korean cow shows a capability of producing inorganic acids and succinic acid.
유전학과 분자생물학 기술의 발전에 따라 인간을 포함한 생물체의 유전체 서열을 빠른 시간 내에 얻는 것이 가능해졌다. 상당 비율의 세포 및 개체 특성이 유전체 서열 속에 포함되어 있다. 그러나, DNA 또는 RNA의 차원에서 세포 및 개체 특성을 분석하는 데에는 몇 가지 문제점과 한계점이 존재한다. 생물체가 가지고 있는 잠재적인 능력을 효과적으로 이해하기 위해서는, 단백질과 대사산물에 대한 해석이 철저하게 이루어져야 한다.
본 연구에서는, 유전체 서열로부터 두 미생물의 대사회로를 구성하였다. 유전체 서열은 온라인 서열 데이터베이스와 생명과학 벤처기업으로부터 얻을 수 있었다. 이를 이용하여, 유전체 서열이 포함하고 있는 유전 정보를 해독하였다. 각각의 유전자가 가지고 있는 기능은 서열 유사성 분석과 계통도 정보를 이용하여 할당하였다. 두 미생물의 대사회로는 top-down 방법 또는 bottom-up 방법을 사용하여 구성하였다. 일반적으로 참조 데이터베이스를 구성하고 있는 효소 반응식과 대사회로는 수많은 실험과 분석을 통해서 얻어진 결과들을 모아 둔 것이다. 이와 같은 참조 데이터는 대사회로를 구성하는 지침으로 사용되었다. 생화학 반응식 목록으로부터 대사회로를 구성하는 데에 있어서, 다양한 그래프 이론들이 적용될 수 있다. 이 같은 두 가지 방법 모두 나름대로의 장단점을 가지고 있었다.
대사회로의 능력을 분석함으로써, 유용한 정보를 얻어 낼 수 있었다. 예로서, 폐에 질병을 유발하는 Mycoplasma pneumoniae의 경우 생합성 관련된 대부분의 대사회로와 에너지를 만들어내는 TCA cycle에 관련된 대부분의 경로가 존재하지 않았다. 이에 비해, 한국 소의 반추위에서 분리해낸 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E 균주의 경우, 대사 경로의 특성에 의해 다양한 종류의 유기산과 숙신산의 생산이 가능한 능력을 지니고 있었다.
