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Bioinformatic analysis and application of genomic and metabolic information of various organisms = 생물정보학 기법을 활용한 다양한 생물체의 유전체 및 대사정보의 비교 분석과 응용에 관한 연구
서명 / 저자 Bioinformatic analysis and application of genomic and metabolic information of various organisms = 생물정보학 기법을 활용한 다양한 생물체의 유전체 및 대사정보의 비교 분석과 응용에 관한 연구 / Jin-Sik Kim.
저자명 Kim, Jin-Sik ; 김진식
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2006].
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Development of integrated system and novel approach for the effective analysis of large-scale genomic and metabolic information, i.e. complete genome sequences of microorganism, was carried out in Part I. In Chapter 2, the integrated metabolic database system was developed for the query and comparison of the heterogeneous metabolic information obtained from the public databases. Users can obtain the relevant information on the enzymes, biochemical reactions and metabolic reactions from the system. In Chapter 3, a novel analytical approach using the concept of KEGG orthology was introduced to identify the genome-scale characteristics by applying two-step clustering methods. The clustering results were consistent with various phenotypic characteristics of the analyzed organisms and showed different aspect of relationship among the genomes which have been established through rRNA-based comparisons. Subsequently, bioinformatic computation and analysis of the genomic and metabolic information of various microorganisms were performed to identify the global characteristics and possible in silico targets for the experimental and industrial applications in Part II. In Chapter 4, the complete genome sequence of a rumen bacterium, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E was analyzed to identify the genomic and metabolic characteristics as well as the relationships among the organisms. Further application of the analysis revealed that the organism is an efficient succinic acid producer. In Chapter 5, the complete genome sequence of a hyperthermophilic bacterium, Thermotoga neapolitana was analyzed to identify the characteristics as well as the applicable targets. Several candidates for the industrial application, i.e. amylases, xylases etc., were identified from the comparative analyses. In Chapter 6, various genomic characteristics of three pseudomonads were compared. The genomic similarities and differences were compared between the genomes. Comparison of the genomic sequences revealed the evolutionary characteristics of the nucleotide sequences of the genomes. In Chapter 7, the genomic characteristics of widely used industrial organism, Bacillus licheniformis, was analyzed to identify the useful targets from the genomic information. Analysis of phylogenetic relationships and metabolic characteristics among the closely related species revealed the ecological characteristics and capabilities of B. licheniformis. Finally, the approaches and systems used in this study can be applicable to the in silico target selection and validation from the organisms that are not well-known.

1부 (Part I)에서는 미생물의 게놈 서열과 같은 대규모 정보의 효과적인 분석을 위한 통합 시스템 및 새로운 분석 방법의 개발을 수행하였다. 2장 (Chapter 2)에서는 전세계적으로 흩어져 있는 다양한 종류의 대사정보 데이터베이스를 효과적으로 통합하여, 대사정보를 효과적으로 조회하고 비교할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이를 통해, 사용자들은 효소, 대사산물 및 생화학 반응과 관련된 정보를 효과적으로 확보할 수 있다. 3장에서는 KEGG orthology 개념을 사용하여, 게놈 규모의 특성을 찾아낼 수 있는 새로운 접근 방식을 통한 분석 방법을 제시하였다. 이 접근 방식을 통해 확보한 결과는 기존의 rRNA 기반으로 얻은 비교 결과와는 약간의 차이점이 존재하며, 게놈간의 상호관계에 있어 실제 표현형 특성에 잘 부합하는 상호관계를 잘 나타내 주는 것을 확인하였다. 2부 (Part II)에서는 전역적 특성의 규명과 실험 및 산업적 응용을 위한 응용 목표의 선택을 위해, Part I에서 개발한 시스템과 방법을 포함하여, 생물정보학을 활용한 계산, 비교분석 등의 기법을 활용함으로써 다양한 미생물 게놈 정보의 분석을 수행하였다. 4장에서는 한우의 반추위에서 분리된 신규 균주인 맨하이미아의 게놈 및 대사 특성을 파악하고, 알려진 균주와의 정보 비교를 통한 상관 관계를 파악하였다. 대사흐름 분석의 응용과 실험데이터의 적용을 통한 추가분석으로부터, 이 균주가 숙신산 생산에 적합한 균주임을 확인할 수 있었다. 5장에서는 수소생산 호열성 균주인 써모토가 균주에 대한 게놈 서열의 분석을 통해 산업적 응용 가능성이 있는 유전자 및 단백질 목표를 결정하였다. 서열 비교 분석과 기능 예측을 통해, 산업적으로 유용한 아밀라제, 자일라제 등에 대해서 고온에서도 작용 가능한 후보 단백질들을 선정할 수 있었다. 6장에서는 수도모나스 균주에 대한 게놈 특성의 비교를 통해 유사 균주간의 상호 유사성과 차이점, 진화적 특성의 분석을 수행하였고, 이를 통해 게놈간의 전역적 특성을 규명하였다. 7장에서는, 산업적으로 널리 이용되는 바실러스 균주들에 대한 비교분석을 통해 게놈 및 대사정보를 파악하고 이로부터 유용한 목표 유전자 및 단백질을 선택하는 연구를 수행하였다. 이를 통해 바실러스 균주의 환경적 특성과 대사 특성에 영향을 주는 균주특성 단백질 후보를 발견하였다. 본 연구에서 개발된 생물정보학을 활용한 분석 기법과 데이터베이스 시스템을 통해 다양한 종류의 유용 미생물의 분석을 수행함으로써, 각 미생물의 게놈 특성과 대사 특성을 전역적으로 확인할 수 있었으며, 이를 통해 실제 실험 및 산업적으로 유용한 목표를 다수 확보할 수 있었다.

서지기타정보

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청구기호 {DCBE 06020
형태사항 x, 127 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Includes appendices.
저자명의 한글표기 : 김진식
지도교수의 영문표기 : Sang-Yup Lee
지도교수의 한글표기 : 이상엽
수록잡지정보 : "The genome sequence of the capnophilic rumen bacterium Mannheimia succiniciproducens". Nature Biotechnology, v.22. no.10, pp. 1275 - 1281(2004)
수록잡지정보 : "Genomic Tree of Gene Contents Based on Functional Groups of KEGG Orthology". Journal of Microbiology and Biotechnology, v.16. no.5, pp. 748-756(2006)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Includes references.
주제 bioinformatics, genome analysis, metabolic pathway
생물정보학, 게놈 분석, 대사회로
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