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 식품분자미생물학연구실

 

  연구영역. 신규 박테리오파지의 분리·분석 및 식품 응용 연구, 식중독균/병원균의 검출 및 제어법 연구, 식중독균의 독성 및 병원성 조절 기작 연구, 식품유래 유익/유해균의 생리조절 기작 및 응용 연구

  연구실. 연세대학교 생활과학대학 (삼성관) 622호
  전화번호. 02-2123-4660    
  홈페이지. https://sites.google.com/view/ymfm

  지도교수. 김민식 교수

 

Food poisoning caused by various foodborne pathogens threatens our health and the public health, and consequently, poses huge burdens on the socio-economy. Although antibiotics targeting essential functions of the bacteria have been successfully controlled these "bad guys", recent emergence of drug-resistant pathogens, a.k.a. super bugs, forces human beings to prepare alternative antimicrobial agents.

 

In this context, Molecular Food Microbiology Lab. investigates the possibility of bacteriophages and endolysins as novel antimicrobial agents. Bacteriophages, a.k.a. phages, are bacterial viruses that infect bacteria only. After specific recognition of host receptors, phages inject its nucleic acids into host bacterial cells. Propagation of phage particles within bacterial cells are ended with a 'burst' of phage-infected bacteria by phage-derived lytic enzymes, endolysins. Using important major foodborne pathogens including Salmonella spp., pathogenic Escherichia coli, Cronobacter sakazakii, Campylobacter jejuni and Stapylococcus spp. as model bacteria, we try to isolate, characterize, and genetically engineer the novel bacteriophages from environmental samples. The mechanisms on how these phages interact with host bacteria are also studied in molecular level to efficiently control and detect the harmful foodborne pathogens from our daily food and food processing environment.

 

Understanding the basic mechanisms underlying bacterial virulence and pathogenicity through in vitro and in vivo experiments is another our goal for pathogen control. We expect to find new targets for novel antimicrobial agents based on the better understand on the mechanisms, and thus, we will be able to unusually but efficiently control the virulence of harmful foodborne pathogens.


We are trying to address the following goals:
  1. Isolation and characterization of novel bacteriophages from local environmental / biological samples.
  2. Whole & comparative genomic analysis of isolated phages with next generation sequencing and bioinformatic tools.
  3. Preventive and therapeutic application of phages & endolysins that will be able to replacing the conventional antibiotics in the fields of food safety & infectious diseases.
  4. Construction of engineered phages & endolysins having novel functions (e.g., reporting/detecting pathogens).
  5. Exploring new therapeutic targets in foodborne pathogens by determining factors & mechanisms that regulate the pathogen's virulence and pathogenicity.
  6. Improvement/modification of microbial flora (microbiota) in food, food production/processing environment, and human beings using useful microbial resources (e.g., bacteriophages, endolysins, antagonistic microorganisms, etc.)

 

식품분자미생물학연구실은 식품 내에 존재하는 혹은 식품 생산 및 가공 과정에서 접하게 되는 각종 미생물들을 대상으로 분자미생물학 및 유전체학, 세포생물학 등의 접근을 통하여 미생물의 생리적 기전을 밝히고 이를 응용하는 연구를 수행하고 있다. 특히 식품 안전을 끊임없이 위협하고 있는 살모넬라균, 병원성 대장균, 크로노박터균, 캠필로박터균, 황색포도상구균 등 주요 식품 유래 유해세균들을 신속히 검출하고 효과적으로 제어하기 위하여 박테리오파지 및 엔도라이신을 활용한 새로운 기술 및 제제 개발을 목표로 관련 기초 및 응용 연구를 수행하고 있다. 박테리오파지는 세균을 특이적으로 감염하는 바이러스로 타깃이 되는 유해균만을 특이적으로 감염하여 사멸시키기 때문에 최근 항생제 내성균, 이른바 슈퍼 박테리아(super bacteria)가 출현해 인류의 생존을 위협하고 있는 시점에서 항생제를 대신할 대체 항미생물제제로 큰 주목을 받고 있다. 또한 엔도라이신은 박테리오파지 유래의 세균 분해 효소로 역시 효과적이면서 특이적인 항미생물제제로 각광받고 있다.

 

이와 함께, 주요 식중독균 및 병원성 세균들이 자신들의 생리적 활성을 어떻게 조절하며 유지하는지, 각종 병원성을 어떻게 조절하여 발현하는지, 주변의 다른 미생물 군집들과는 어떠한 상호작용을 하고 있는지 그 기전들을 생체내/생체외 실험을 통해 분자적 수준에서 밝혀냄으로써 유해 세균을 신속하고 정확하게 검출하기 위한 새로운 바이오 마커를 발굴하고 더불어 기존 혹은 신규 항미생물제제의 새로운 타깃을 발굴하고자 노력하고 있다. 이러한 연구들을 통해 지속적으로 발생하고 있는 식품안전사고를 보다 효과적으로 예방하고 대응하기 위한 새로운 기초지식을 마련하고 이에 근거한 창의적 전략을 제시하는 한편, 식품위생 및 안전 분야의 관련 기반 기술을 확립할 수 있을 것으로 기대한다. 나아가 유용 미생물 자원을 활용한 인체 내외 및 주변환경 미생물 군집의 개조 및 개선 연구를 통하여 궁극적으로는 국민의 보건 증진 및 건강한 식생활 발전에 기여하고자 한다

현재 식품분자미생물학연구실에서 진행하고 있는 주요 연구의 내용 및 수행중인 연구 과제는 다음과 같다.
  1. 국소 환경샘플 및 생물학적 샘플 등으로부터 새로운 박테리오파지의 분리 및 특성 분석
  2. 차세대염기서열분석 및 생물정보학기술을 이용한 신규 파지의 전장 유전체 분석 및 비교 유전체 분석 연구
  3. 식품 안전 및 감염성 질병 분야에서 전통적인 항생제를 대체할 수 있는 파지 및 엔도라이신의 예방적, 치료적 응용 방법 연구
  4. 신규한 기능성(병원균 검출 등)을 가지는 재조합 파지 및 엔도라이신의 구축 연구
  5. 주요 식중독균/병원성균의 독성 및 병원성 조절 인자와 조절 기전 연구를 통한 새로운 치료/제어 타깃 발굴 및 활용
  6. 파지, 엔도라이신, 길항미생물 등 유용 미생물 자원을 활용한 미생물 군집의 개선 및 활용성 연구
  7. 식중독 살모넬라균 제어를 위한 병원성 조절 재조합 박테리오파지의 개발 (한국연구재단, 과학기술정보통신부)
  8. 식품관련 병원균의 효과적인 제어 및 검출을 위한 박테리오파지 기반의 생물학적제제 개발 (연세대학교)
  9. 항생제 내성 병원성 슈퍼박테리아 제어 바이오 의약품 센터 (산업통상자원부)