심해 생물 연구의 역사

심해의 개념은 보통 1000 미터 이하의 바다를 가리키며, 해양총면적의 3/4 을 차지하며, 심해 퇴적물은 지구 표면의 50% 이상을 덮고 있다. 심해와 심해 퇴적물에서의 미생물의 생존은 고압, 저온 또는 고온, 어둠, 영양 수준이 낮은 몇 가지 극단적인 환경에 직면해 오랫동안 척박한 사막으로 여겨져 왔다. 20 세기 중반에 심해 조사 기술로 밝혀진 바에 따르면, 심해 해저에도 높은 산이 있고, 세계 각 대양에는 8 만 킬로미터에 달하는 해등골이 구불구불한 것으로 드러났다. 대양중령의 발견으로 사람들은 해양 환경과 육지 환경의 통일을 인식하게 되었다. 1977 년 미국' 알빈' 호 잠수정은 태평양 갈라파고스 제도 부근 2500m 의 심해 열수구에서 광합성에 전혀 의존하지 않는 독립생명시스템을 처음 발견했다. 생명계 피라미드 밑바닥에는 미생물이 있는데, 이들은 심해 분화구에서 뿜어져 나오는 황화물, 질화물, 메탄 등 저분자량 화합물을 음식과 에너지, 합성 단백질, 설탕 등 각종 생물 대분자를 직접 이용할 수 있다. 피라미드 윗부분에는 장충, 웜, 조개, 홍합, 게, 해파리, 등나무 주전자와 같은 특별한 생물 군락이 있습니다. 어떤 사람들은 이 다채롭고 생기발랄한 해저 생물 세계를 해저의' 생명의 오아시스' 라고 부른다. 현재 수십 개의 심해 열수생물계를 연구했다. 지구의 내원 에너지 지원에 힘입어 심해의 어두운 고온 환경에서 화학적 결합을 통해 유기물을 생산하는' 어두운 먹이사슬' 의 발견으로 심해 환경과 생물권에 대한 인류의 인식이 더욱 깊어졌다. 현재 발견된 다양한 극단적인 환경에서 심해에는 풍부한 생물자원이 존재하고 있는데, 그중 가장 중요한 것은 심해 미생물이지만, 이들 미생물 대부분은 아직 알려지지 않았다. 심해 환경에서 극단적인 미생물에 대한 연구는 현재 생명과학의 최전방의 분야 중 하나일 뿐만 아니라 심해 해저생물권과 해저 유체 활동 연구의 중요한 구성 요소이기도 하다. 이 연구는 생명의 기원, 생물진화, 외계생명 탐사 등 생명과학의 중요한 질문에 답하고 지구과학을 포함한 다른 학과의 2 1 세기의 중대한 발전을 추진할 것이다. 200 1 년, 미국 국립과학재단 (NSF) 이' 새로운 시대의 해양과학' 이라는 제목의 보고서를 발표했다.

Millenium', 해저 유체 활동 연구는 향후 10 년간 해양과학의 가장 중요한 최전선 연구 방향 중 하나로 꼽히고 있으며 생명과학, 해저 지구물리학, 지구화학은 이 연구에서 중요한 위치를 차지할 것이다. 종합대양시추 프로그램 (IODP) 은 2003 년 6 월 5 일부터 10 월까지 심해 생물권, 해저, 해저를 이 프로그램의 세 가지 주요 과학 주제 중 하나로 꼽았다. 심해 심층생물권의 발견은' 생물권' 의 넓은 범위에 대한 추가 인식이다. 해저에서 퇴적 기둥 샘플을 채취한 지 거의 80 년이 지났지만 대규모 시스템 연구는 1968 심해 시추 계획에서 시작됐다. 심해 시추 (DSDP, 1968 ~ 1983), 대양 시추 (IODP, 1985 ~ 2003) 대양 시추 공사 ODP 는 해저 퇴적물과 지각에 묻혀 있는 생물권인 또 다른 생명세계를 독특한 시각으로 보여 주었다. 수천 킬로미터의 심해 해저에는 작은 원핵 생물로 구성된 거대한 생물군이 존재하고 있으며, 그 생물량은 전 세계 표층생물량의110 에 해당하는 것으로 추정된다. 열액 분출구의 자양미생물과는 달리, 심층생물권의 원핵 생물은 지층의 유기물에 의지하여 이양한다. 심해 생물권의 발견은 지구 생태계의 진정한 기초가 원핵 생물에 있다는 것을 깨닫게 한다. 바로 이 원핵 생물의 각종 대사 과정이 각종 생지 화학 효과를 발생시켜 지구 생태계를 건립한 것이다. 미생물은 항상 생존할 수 있는 모든 물리적, 화학적, 지질 환경에 나타나는데, 이것은 기본적인 법칙인 것 같다. 극단적인 환경에서 자라고, 보통 이런 극단적인 환경에서 정상적으로 자라야 하는 미생물을 통칭하여 극단적인 미생물이라고 한다. 극한 환경에는 물리적 극한 환경 (예: 온도, 방사선, 압력, 자기장, 공간, 시간 등) 이 포함됩니다. ), 화학적 극한 환경 (예: 건조도, 염도, pH 값, 중금속 농도, 산화 복원 전위 등. ) 및 생물학적 극한 환경 (예: 영양, 인구 밀도, 생물학적 사슬 요인 등. ) 해저는 위의 극한 환경에서 극단으로 간주됩니다. 심해 환경에는 호산 구성 (pH3 이하), 호염기성 (pH 10 이상), 호염 (25mol/L 이상), 호냉 (0 C 이하), 호열 (/KLOC) 이 있습니다 심해 환경의 극단적인 생물학적 특성에 대한 연구도 생명의 한계에 대한 연구에 좋은 생체 물질을 제공하고, 우주 생명체를 탐구하기 위한 새로운 단서와 근거를 끊임없이 제공한다. 과학자들은 미생물이 이렇게 나쁘고 극단적인 환경에서 잘 생존할 수 있기 때문에 화성에도 생명체가 존재할 것이라고 생각한다. 심해 미생물학의 건립은 1970 년대로 거슬러 올라간다. 미국 스크립프스해양연구소의 야노스 교수는 고압 배양통을 설계하고 개선하여 1979 에서 심해 양압 세균을 분리했다. 1989 년 바틀렛은 먼저 압력 조절 외막 단백질 (OmpH) 을 분리했다. 1990 년 일본 미쓰비시중공업과 삼양사가 일본 해양과학기술센터를 위한 심해 미생물 고온 고압 배양시스템을 개발하기 시작했고, 1994 년에 완공되어 7 억 5 천만 엔을 지출했다. 이 시스템의 건설과 심층 잠수샘플링 시스템의 건설은 심해 생물권의 연구 진전을 크게 촉진시켰다. 1995 년 Kato 등은 스트레스 조절 유전자 클러스터를 분석했고, 1999 년 Nogi 등은 마리아나 해구에서 분리돼 극압 세균 Mori Tella Yayanosii [1~ 3 을 감정했다. 2003 년 일본, 미국, 이탈리아는 심해 호압 세균 자히바균 DSS 12 와 발광균을 잇따라 선보였다.

Profundum SS9 전체 게놈 시퀀싱 [4, 5]; 2005 년 3 월,' 과학' [6, 7] 은 깊은 낫 SS9 의 전체 게놈 서열과 예비 분석을 발표했다. 심해 미생물 연구는 엄청난 과학적 가치 외에도 엄청난 경제적 사회적 가치를 지니고 있어 많은 관심을 받고 있다. 심해 생물은 독특한 물리적, 화학적, 생태 환경에 처해 있다. 높은 정수압, 격렬한 온도 그라데이션, 매우 약한 조명 조건, 고농도의 독성 물질로 둘러싸여 매우 특별한 생물학적 구조와 대사 메커니즘 체계를 형성한다. 이런 극단적인 환경 때문에 심해 생물의 각종 활성 물질, 특히 효소류는 고온, 내산, 내염, 항독력이 강한 특징을 가지고 있다. 이 특별한 생물 활성 물질은 심해 생물 자원 중 가장 가치 있는 부분이다. 해양 미생물의 분리 배양 방법을 개발하고 개선하여 새로운 해양 미생물을 얻고 활성 물질을 선별하는 것 외에도, 해양 미생물 자원, 특히 심해 미생물 자원을 탐구하고, 해양 신약 개발은 필연적이고 효과적인 선택이며, 심해 미생물 자원 개발의 핫스팟이기도 하다. 요약하자면, 심해 생물은 다음과 같은 방면에서 잠재적 응용가치를 가지고 있다.

1 산업 애플리케이션

산업 생산에는 종종 특별한 반응 온도, pH 값, 유기 용제 첨가가 필요하다. 이런 조건 하에서, 보통의 효소는 활성을 유지할 수 없다. 따라서 효소에 의존하는 업계에서는 이러한 효소의 활성화를 유지하기 위해 특별한 공정을 사용하는 데 많은 돈을 들여야 하므로 비용이 크게 증가할 수 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 효소명언) 극단적인 효소는 일반 효소가 비활성화될 때에도 높은 활성화를 유지할 수 있기 때문에 공업에서 광범위하게 응용할 수 있는 전망을 가지고 있다. 현재 고온중합효소, 당효소, 디아스타제, 프로테아제 등 몇 가지 극단효소가 공업화 생산을 시작하면서 수십억 달러의 경제적 효과를 창출하고 있다.

2 의료 애플리케이션

다양한 인간 질병을 치료하기 위해 생물학에서 약물을 개발하는 것은 이미 오랜 역사를 가지고 있다. 점점 더 많은 병원균이나 바이러스가 현재의 약물에 내성을 갖게 되면서 새로운 질병이 끊임없이 발생하고 있기 때문이다. 따라서, 바다에서 새로운 생물 약품을 선별하는 것은 이미 해양 의약품 개발의 방향이 되었다. 환경의 독특함으로 심해 생물은 항종양, 항바이러스, 혈압 강하, 저지방 등 신형 특수약물의 원천이 되었다. 현재 국제적으로 심해 약물 선별에 대한 보도는 많지 않지만 그 전망은 매우 넓을 것으로 예상된다.

3 환경 보호

해저에서는 동물의 시체 축적과 화산 폭발로 인해 유독물질, 황화물 등 육지 생물에 해로운 물질의 농도가 높기 때문에 여기에 사는 미생물은 이 물질을 분해하여 에너지로 번식할 수 있다. 따라서 이 생물들은 지구 표면의 중금속, 석유 등 오염물을 제거하는 데 중요한 응용가치를 가지고 있다. 현재 일본 과학자들은 깊은 바다에서 높은 석유 분해 능력을 가진 균주를 선별해 응용연구를 진행했다. 20 세기 후반 이후 심해 기술이 향상됨에 따라 점점 더 많은 국가들이 심해 연구의 최전선에 뛰어들었다. 현재 심해 유인 잠수정의 잠수 깊이는 6500 미터에 달하고, 무인 케이블 제어 잠수정 ROV 의 잠수 깊이는 1 1000 미터에 이를 수 있으며, 가장 깊은 마리아나 해구에서 심해 퇴적물 샘플을 얻을 수 있다. 미생물 함량이 103 ~ 104 개 /g 에 달하는 것으로 밝혀졌습니다 현재 세계에서 심해 미생물 연구를 벌이고 있는 국가들은 주로 유럽과 아시아에 분포하고 있는데, 그중에서도 미국 일본 독일 프랑스는 심해 미생물 연구의 주력군이다. 현재 심해 미생물의 분리 배양, 다양성 조사, 기능성 유전자 연구, 적응 메커니즘 연구 (예: 심해 염균의 염기 메커니즘) 등에서 어느 정도 진전이 있었다. 각종 극단적인 미생물들은 공업용 효소, 공구효소, 환경복구, 생물활성물질의 개발과 응용에도 돌파구를 마련하여 심해 미생물 개발의 거대한 잠재력과 광범위한 응용 전망을 보여 주었다. 심해 생물 자원, 특히 미생물 자원은 인류의 중시를 받고 있다. 과학이 발달하면서 수중 공학 기술과 탐사 기술의 향상과 보완으로 심해 미생물에 대한 인류의 연구와 개발은 더 큰 공간과 가능성을 갖게 되었다. 우리나라의 심해 생물 유전자에 대한 시스템 연구는 비교적 늦게 시작되었는데, 이번 세기 이래 주로 과학기술부와 중국 해양공학이 자금을 지원했다. 중국해양학협회는 국립해양국 제 3 해양연구소를 바탕으로 중국 대양생물유전자 연구개발기지를 설립하고 해양과 실험실 심해 미생물 양성전용 설비를 개발했다. 심해 설비의 지원을 받아 진정한 심해 미생물 연구를 진행할 수 있다. 지금까지 기초 연구는 주로 심해 미생물이 물질순환에서 작용하는 역할을 한다. 극한 미생물의 분리 및 배양; 미생물 유전대사 연구, 심해 극한 환경 미생물 적응 메커니즘 연구. 각종 심해 호염, 호열, 호냉, 호염, 알칼리성, 호산미생물을 분리하는 데 성공하여 많은 새로운 종을 발견하였다. 이를 바탕으로 우리나라 최초의 심해 미생물 균종 라이브러리가 건설 중이다. 다양한 심해 극단적인 효소 유전자를 복제, 표현 및 분석했다. 심해 미생물에서 항균과 항종양 활성 물질을 선별하는 작업도 진행했다. 심해 내압균인 히바씨균 COMRA WP3 는 기본적으로 전체 게놈 시퀀싱을 완료하고 후게놈 연구를 진행하고 있다. 심해 퇴적물 매크로 게놈 문고를 건설하여 깊이 5000m 의 심해 퇴적물 점토 유전자 문고를 성공적으로 구축하였다. 복제에 대한 분석을 통해 문고에 있는 미생물의 출처는 주로 배양되지 않은 새로운 미생물종으로 밝혀졌으며, 일부 복제 시퀀싱에 대해 복제 중의 유전자는 대부분 새로운 유전자로 밝혀졌다. (윌리엄 셰익스피어, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물, 미생물) 현재, 생물 활성 물질을 표현하는 몇 가지 복제가 선별되어 그들의 서열을 측정하고 있다. 결론적으로, 심해 생물 연구는 공학 기술에 의존하는 높은 투입 프로젝트로, 우리나라 심해 생물 유전자 자원 개발 활용 연구의 빠른 발전에는 더 많은 자금과 인재가 필요하다.