The functional genomics and comparative genomics of last decade have revealed new genome information of various organisms and identified essential genes in genome and functions of genes. And a significant goal in post-genome era is the construction of an artificial microorganism. In order to accelerate the construction of an artificial microorganism, an efficient genomic engineering tool which can transfer large genomic segments carrying useful genomic information is needed. We developed a novel and efficient method called ‘genome swapping’ using Cre/lox site-specific recombination system and γ-ori replication system to transfer the large genomic segments among various microorganisms. The Genome swapping begins by in vivo excision and amplification of large genomic segments of donor genome by Cre/lox site-specific recombination system and γ-ori replication system. These amplified genomic segments are linearized by the meganuclease I-SceI and transferred into recipient cells. By Recombinase mediated cassette exchange using Cre/lox site-specific recombination system, the amplified genomic segment of donor genome is replaced for the recipient genome. Using the genome swapping method, the large genomic segments up to 1.1Mb, carrying deleted regions of donor genome, were successfully excised and amplified. This genome swapping method should be useful for the construction of the minimized genome or hybrid artificial microorganisms.
최근 활발히 진행되고 있는 functional genomics와 comparative genomics를 통해 유전체의 정보와 유전체 내에 존재하는 essential gene의 존재 그리고 기존에 밝혀지지 않았던 새로운 기능이나 metabolic pathway등이 밝혀지게 되었다. 이러한 정보들을 바탕으로 인공 미생물을 구축하기 위한 노력이 진행되고 있다. 그러나 인공 미생물을 효과적으로 구축하기 위해서는 유용한 유전 정보를 가진 거대 유전체 조각을 효과적으로 전달할 수 있는 새로운 유전공학 기술의 개발이 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는, Cre/lox 재조합 방법과 γ-ori replication 방법을 이용하여 미생물들간에 거대 유전체 조각을 효과적으로 치환할 수 있는 새로운 유전체 치환 기술을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 유전체 치환기술은 공여자 세포의 유전체로부터 특정부위를 Cre/lox 재조합 방법과 γ-ori replication 방법을 이용하여 자체세포 내에서 대량으로 분리 증폭하고 이를 수여자 세포의 유전체와 Cre/lox 재조합 방법을 이용하여 위치 특이적으로 치환하는 것이다. 본 연구에서는, 이러한 유전체 치환 기술을 이용하여 1.1Mb까지의 거대 염색체를 효과적으로 자체세포 내에서 분리 증폭하였고 이를 수여자세포로 전달하여 유전체 치환을 일으킬 수 있음을 보여주었다. 유전체 치환 기술은 최소유전체 미생물의 구축이나 hybrid 미생물의 구축과 같은 인공 미생물의 구축에 효과적으로 이용할 수 있다.
