균주은행

균주은행(Culture collection, Biological Resource Center, 또는 균주센터, 생물자원은행, 유전자원은행)은 원핵생물(prokaryotes), 균류(fungi), 조류(algae)의 각 개체 배양체(culture)를 수집, 보존, 분양하는 기관을 의미한다. 경우에 따라, 미생물 이외에 식물이나 동물세포주(cell lines)까지 다루는 균주은행도 있다. 또한, 몇몇 균주은행은 보유한 배양체에서 추출한 유전물질(예: genomic DNAs, plasmid 등)을 일반 연구자에게 제공한다. 동•식물의 유전적 변이에 따른 표현형의 차이는 직접 개체 수준에서 확인이 가능하다. 반면, 미생물의 생리현상은 배양체를 통해서만 이해가 가능하다. 이러한 이유로, 대부분의 균주은행은 미생물 배양체의 확보, 관리, 유통에 집중하고 있다(microbial culture collection 또는 microbial resource center).

목차

미생물학자가 자신의 연구를 수행할 때, 본인이 보유하고 있는 균주 외에 타연구자나 외부기관으로부터 필요한 균주를 얻어와야 하는 경우가 종종 발생한다. 하지만, 개인적인 접촉을 통한 균주확보에는 여러 한계점이 있다. 예를 들어, 균주를 가지고 있는 연구자가 자신의 후속 연구에만 독점적으로 활용하거나, 균주의 잠재적 경제성으로 인해 외부로 유출을 꺼려 할 수도 있고, 관리 부주의로 균주가 오염되거나, 예산 문제로 인해 장기간 균주 보존이 어려울 수도 있다. 최근 벨기에 미생물균주센터()의 조사에 따르면, 2008년 8개의 유럽미생물학회저널에 2만개가 넘는 미생물 균주가 기재되었는데, 이 중 단 1%만이 공공균주은행(public culture collection)에 기탁되어 있는 것으로 조사되었다[1]. 즉, 대다수의 균주가 개인적으로, 또는 개별 인적네트워크 안에서 유통되고 있는 것이다. 따라서, 균주들이 균주은행(culture collection)에 기탁되어, 보존 및 분양될 경우, 균주 활용의 공공성 및 지속성이 크게 증가될 수 있다.

균주은행의 1차적 기능은 균주 기탁, 보존 및 분양이다. 기탁은 일반 연구자 또는 대학 및 연구소가 보유하고 있는 균주를 균주은행에 맡기는 행위로, 배양체(액체배양 또는 한천 고체배양)와 더불어 다양한 메타정보를 제공하게 된다. 예를 들어, 미생물 균주의 학명 균주명, 자체 분리 여부, 타 균주센터에서 도입한 이력, 균주 분리원(soil, seawater, 분변 등), 균주 분리자(이름, 주소, 연락처 등), 분리 날짜, 균주 동정자 개인 정보 및 동정데이터(예: 원핵생물의 경우 16S rRNA 염기서열), 균주 발표 논문, 표준균주 여부, 병원성(Biosafety level 1부터 4까지) 정도, 형태•생화학•유전적 특징, LMO (living modified organism) 여부, 배양조건(배지종류, 배양 온도 및 pH, 압력, 호기, 혐기) 등 다양한 정보가 기탁자로 부터 제공된다. 균주은행의 전문 큐레이터(curator)는 기탁 받은 균주의 생존 여부, 종 동정의 정확성 및 오염여부(16S ribosomal RNA 유전자 기반 계통분석)를 확인한다. 그 후, 오랫동안 미생물 균주가 유전적 안정성을 유지하며 생존하고, 오염이 최소화 되도록 보존이 이루어진다. 현재까지 배양이 가능한 것으로 알려진 대부분의 미생물은 cryopreservation (글라이세롤에 배양체 현탁 후 -80 °C의 deep freezer나 액체질소에 동결보존; 그림 1) 또는 freeze-drying (skim milk에 배양체 현탁 후 동결건조 후 ampoule 형태로 냉장보관)을 이용하여 보존된다[2]. 균주은행은 기탁받은 균주의 여러 복사체를 지리적으로 떨어져 있는 두 개 이상의 저장소에 나누어 안전하게 보존한다. 일반 연구자는 균주은행의 홈페이지를 참고하여, 자신이 원하는 균주를 찾고, 분양 받을 수 있다. 하지만, 기탁자가 분양보호 조건을 건 균주나, 경제적 이권에 관련된 특허 균주, 고병원성 균주(특히 biosafety levels 3와 4) 등은 경우에 따라 분양이 거부될 수 있다. 균주은행의 규모가 커질수록 기탁, 보존, 분양 수요가 많아진다. 따라서, 대형 균주은행은 일련의 기능을 효율적이고 정확히 관리하기 위해 정보시스템을 구축하여 운영한다. 그리고, 균주은행에 속한 전문큐레이터는 균주 관리 뿐만 아니라, 신종 미생물 발굴, 미생물 다양성 조사, 난배양성 미생물(예: extremophile, symbiont 등)의 배양 및 장기보존 방법 개발 등의 연구를 수행한다.

그림 1. 액체질소를 이용한 미생물균주의 동결보존. 공간적, 그리고 경제적 비용이 크지만 균주를 장기간 보관할 수 있는 장점이 있음. 미국의 ATCC, 독일의 DSM, 네덜란드의 CBS, 대한민국의 KCTC 등과 같이 대형균주센터에서 이용하는 균주보존방식. (출처: GettyimagesKorea)

에 의하면, 2015년 기준 약 70여국 700여개의 균주은행(대학 및 정부기관 80%, 공공기관 8%, 사기업 5%)에 250만 여개의 미생물 균주가 보존되고 있다[3]. 이 중 세균(bacteria)과 균류(fungi)가 각각 40%, 30%를 차지하고, 나머지는 고균(archaea), 동•식물 세포주, 지의류, 원생생물(protists), 바이러스 균주로 구성된다. WDCM의 제공 2015년 데이터를 분석하여 보면, 약 250만개 균주의 80%가 상위 20개국의 균주은행에서 관리되고 있다(예: 미국 약 26만 균주, 일본 25만, 인도 19만, 중국 17만, 대한민국 16만 등). 보유 균주 개수를 기준으로, 미국 , 와 네덜란드 (주로 곰팡이 균주), 영국 , 일본 와 , 벨기에 , 독일 , 대한민국 등이 대표적인 균주은행이다(그림 2A). 반면, 학문적 파급력(그림 2B)와 균주의 잠재적 경제성(그림 2C)을 기준으로 보면, 미국 ATCC 균주은행의 영향력이 압도적이다.

그림 2. 2015년 제공 자료 분석을 통한 상위 균주은행 현황. (A) 보유 균주 개수에 따른 전세계 상위 10개 균주은행. (B) 현재까지 가장 많이 논문에 이용된 상위 100개 균주 중, 균주은행별 보유 현황. (C) 패밀리 특허 국가 수(한 특허가 얼마나 많은 국가에 출원, 등록되어 있는지에 대한 수치. 상업적인 이윤 혹은 기술경쟁이 심할 수록 수치가 커짐) 기준 상위 100개 균주 중, 균주은행별 보유 현황. 출처: 김경모/극지연구소

김경모/극지연구소

김봉수/한림대학교