Rob Knight swabs the microbes from a komodo dragon at Denver Zoo, Colorado.

KEVIN MOLONEY

Rob Knight wants the spit of a komodo dragon. But he is unsure whether Bintang, a metre-long juvenile of this endangered lizard species, will oblige. Wielding a white cotton swab, Knight cautiously approaches the creature, which is squirming in its keeper’s arms at the Denver Zoo in Colorado. With an inquisitive flick of the tongue, Bintang deposits a dab of saliva on the swab.

롭 나이트 (Rob Knight)은 코모도 도마뱀을 침을 연구하고 싶어한다. 하지만 그는 1 미터 길이의 어린 멸종위기에 처한 도마뱀 종인 빈탕 (Bintang)이 침을 내어줄지 확신하지 못하고 있다. 그는 하얀 면봉을 가지고 조심스럽게 콜로라도의 덴버 동물원에서 기르고 있는 이 도마뱀에 다가가서 샘플을 채취했다.

Knight pops the swab into a sterile plastic tube, opens another tube and goes on to collect samples from the lizard’s head and belly. He also swabs the enclosure, which is part of the world’s most successful facility for the captive breeding of komodo dragons (Varanus komodoensis). The samples are teeming with the bacteria and viruses that live in the reptile’s mouth, gut and skin. Back in his lab at the University of Colorado Boulder, Knight will sequence the DNA of these microorganisms — and eventually compare the microbes with those found on komodo dragons in the wild and at other facilities, to try to find out whether and how they affect the animals’ survival and why captive females tend to die young.

나이트는 이 면봉을 살균처리된 튜브에 넣고 다른 면봉을 가지고 이 도마뱀의 머리와 배에서 샘플을 채취했다. 그는 또한 세계에서 가장 성공적으로 코모도 도마뱀을 사육하고 있는 사육장에서 샘플을 채취했다. 이 샘플들은 이 파충류의 입과 배와 피부에서 살고 있는 박테리아와 바이러스로 가득하다.
콜로라도 주립대학 불더 (University of Colorado Boulder)의 실험실에서 나이트는 이들 미생물의 DNA의 염기서열을 분석했다. 그리고 궁극적으로 이들 미생물을 야생상태와 다른 시설에 있는 코모도 도마뱀에서 발견되는 미생물의 것과 비교하여 이들 미생물이 동물의 생존에 어떻게 영향을 미치고 왜 사육상태의 암컷 도마뱀은 어려서 죽어버리는가에 대한 연구를 수행하고 있다.

If there is a link between this species’ microbes and its health, Knight is the one to find it. He is a leader in the burgeoning field of microbiome research, which aims to sequence the mass of genes from microbial communities and use computational tools to count and compare species. Knight has helped to reveal differences between the gut microbes in obese and lean people¹; to show that people’s intestinal microbes differ dramatically depending on where in the world they live²; and to document the wide differences between the microbes acquired by babies born by Caesarean section and those delivered vaginally³. Outside the human body, Knight has probed the microbes that blanket various natural and man-made environments, from freshly fallen snow to computer keyboards and bathroom floors. He does all this at a restless, relentless pace; he co-authored 49 publications in 2011 alone.

만일 이들 생물의 미생물과 건강 사이에 연관성이 있다면 그것이 나이트가 원하는 목표가 된다. 그는 현재 활성화되고 있는 미생물군집 (microbiome)에 대한 연구분야에서 가장 선도적인 위치에 있다. 이 분야는 미생물군집의 유전자 군의 염기서열분석을 목표로 하고 있으며 컴퓨터 도구를 이용하여 각 생물종을 비교하고 있다. 나이트는 비만과 마른 사람의 대장 미생물 사이의 차이점을 밝혀내는데 도움을 준 바 있다 (Turnbaugh, P. J. et al. 2009). 또한 사람들의 내장에 존재하는 미생물은 어디에 사는 사람인가에 따라서 급격한 변화를 보인다 (Yatsunenko, T. et al. 2012).
그리고 자연분만과 자궁절개수술을 통해 태어난 아기들이 얻는 미생물도 광범위하게 다르다 (Dominguez-Bello, M. G. et al. 2010). 인간의 신체 외부에 있어서 나이트는 바로 쏟아지는 눈에서부터 컴퓨터 키보드 그리고 목욕탕 바닥에 까지 다양한 자연적이고 인간이 만들어낸 환경에서 존재하는 미생물을 조사했다. 그는 끊임없이 이러한 종류의 연구를 통해서 2011년 한 해에만 49개의 공동연구논문을 발표하기도 했다.

Knight is sensitive to the charge that all this is an exercise in microbial surveying, rather than in hard hypothesis-testing. “We don’t take on projects if the scientific value isn’t clear,” he says. “What motivates me, from a pragmatic standpoint, is how understanding the microbial world might help us improve human and environmental health.” The microbiota hold clues, he says, to solving major societal problems — preserving endangered species, for example, or treating obesity or malnutrition.

그는 가설설정-테스트의 과정보다는 미생물 조사를 통한 변화에 더욱더 민감하다. 그는 “우리는 과학적인 가치가 확실하지 않다면 프로젝트를 수행하지 않는다. 나를 자극하는 것은 실용적인 측면에서 미생물세계에 대한 이해가 인간과 환경의 건강을 증진시키는데 도움이 될 수도 있다는 점이다”고 말했다. 이 미생물군은 멸종위기의 생물보존이나 비만과 영양실조를 치료하는 것과 같은 주요한 사회적인 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공한다.

Since 2010, Knight has been involved with the most ambitious effort yet to probe the microbiota: the Earth Microbiome Project, a collaborative effort to sequence and characterize the microbial communities in at least 200,000 environmental samples such as soils and water collected from around the world. He says that the project, which is led by Jack Gilbert, an environmental microbiologist at the US Department of Energy’s Argonne National Laboratory in Illinois, will yield a master list of the proteins required to sustain microbial life across the planet; about 500,000 reconstructed microbial genomes; and the makings of a global-scale model of microbial metabolism.

 2010년 이후 나이트는 이 미생물군을 조사하는 가장 야심찬 프로젝트에 관여하고 있다: 즉, 지구상 미생물군 연구프로젝트 (Earth Microbiome Project)로 전세계에서 수집된 토양과 물과 같은 적어도 200,000개의 환경샘플에 존재하는 미생물군의 특성을 알아내기 위해서 염기서열을 분석하는 협력프로젝트이다. 그는 일리노이주의 미국 에너지부 (US Department of Energy)의 아르곤 국립연구소 (Argonne National Laboratory)의 환경미생물학자인 잭 길버트 (Jack Gilbert)가 이끄는 이 프로젝트는 지구상의 미생물 생명체를 유지하는데 필요한 단백질의 주요 리스트를 찾아낼 수 있을 것이라고 밝혔다. 이것은 약 500,000개의 재구성된 미생물 유전체와 미생물 신진대사의 전세계적인 규모의 모델을 만들 수 있다.

“Knight and Gilbert literally talk about sampling the entire planet. It is ludicrous and not feasible — yet they are doing it,” says Jonathan Eisen, an evolutionary biologist at the University of California, Davis. “Rob is one of the few people who are surfing the exponential curve of increased sequencing power,” Eisen adds, “and planning where the wave will take him next.”

캘리포니아 주립대학 데이비스 (UC Davis)의 진화생물학자인 조나단 아이젠 (Jonathan Eisen)은 “나이트와 길버트는 전체 지구의 샘플수집을 논의하고 있다. 이것은 우스운 이야기이며 가능하지도 않다 ? 하지만 이들은 이러한 연구를 수행하고 있다. 롭은 증가하고 있는 염기서열분석의 힘을 가지고 연구하는 소수의 연구자이다”고 말했다.

Everything of interest

A tall, lanky 35-year-old, Knight doesn’t look the part of a tenured professor. He speaks so rapidly that he can be difficult to follow, and his ideas erupt at a similar rate. The conversation can swerve from using microbes to estimate time of death to his hopes of one day swabbing the International Space Station to reveal its hidden microbial life. “I’ve never been interested in just one thing,” he says.

35세의 나이트는 종신교수같이 보이지 않는다. 그는 자신의 아이디어를 끊임없이 이야기하는 사람이다. 그의 꿈은 국제우주정거장에서 샘플링을 통해서 미생물의 비밀을 찾는 것이다.

As a youth growing up in New Zealand, Knight had interests ranging from fossils to chemistry and computers. “I didn’t really have this idea that science should be compartmentalized into biology or physics,” he says. He was soon dabbling in both at Princeton University in New Jersey, as he worked on a PhD project analysing the evolution of the genetic code. He went on a self-taught computer-programming binge, logging 12–20 hours of screen time per day, writing code, testing programs and working out bugs.

뉴질랜드에서 태어나고 자란 나이트는 화석과 화학 그리고 컴퓨터에 관심을 갖고 자랐다. 그는 “나는 과학을 생물학이나 물리학과 같은 분과로 나누는 생각을 갖지 않고 있다”고 말했다.
그는 프린스턴 대학에서 공부하면서 유전자 부호의 진화를 분석하는 프로젝트를 통해 박사학위를 받았다. 그는 매일 12시간에서 20시간씩 컴퓨터를 공부하면서 부호화와 프로그램 테스트와 버그에 대한 연구를 수행했다.

Cathy Lozupone, a technician in the Princeton lab at the time, recalls one night in 2000 when Knight, who was in between apartments, was briefly staying with her. She woke at 2 a.m. to find him trembling with excitement after solving a thorny computational problem. The program he had devised crunched through protein-coding sequences from 600 species spanning all domains of life to show that very simple rules involving mutation and selection could explain a major puzzle about DNA: why different organisms prefer different coding sequences for the same amino acid⁴.

당시 프린스턴 대학의 실험실 테크니션인 캐시 로주폰 (Cathy Lozupone)은 2000년의 어느 날을 기억하고 있다. 그녀는 새벽 두 시에 일어나서 컴퓨터 문제를 해결해서 즐거워하던 그의 모습을 기억했다. 이 프로그램은 바로 모든 종류의 생명체에 걸친 600종의 단백질 부호 염기서열을 분석하는 장비로 DNA에 대한 풀리지 않는 문제를 설명할 수 있는 돌연변이와 선택문제를 매우 단순한 법칙으로 풀어내고 있다: 즉, 문제는 왜 각기 다른 생물체가 동일한 아미노산에 대해서 각기 다른 염기서열을 선호하는가에 대한 것이다

Knight moved to Boulder as a postdoc in 2001, and went on to run his own group. He began attending lab meetings with famed microbiologist Norm Pace, whose group was studying microbial diversity by sequencing 16S ribosomal RNA, a stretch of 1,500 nucleotides used for studying evolutionary relationships. Knight saw that mass sequencing of microbes was taking off, but that it was enormously challenging to make sense of so much data. He developed a software tool dubbed UniFrac (unique fraction)⁵, which provides a measure of the difference between two microbial communities by constructing evolutionary trees from the sequences in each sample and calculating the fraction of branches that are unique to each.

나이트는 2001년에 박사후 연구원으로 불더로 옮겼으며 그의 연구팀을 꾸리기 시작했다. 그는 진화과정에 대한 연구를 위해서 1,500개의 뉴클레오티드 (nucleotides)의 길이에 이르는 16S 리보솜 RNA (ribosomal RNA)의 염기서열을 분석하여 미생물의 다양성을 연구해온 유명한 미생물학자인 놈 페이스 (Norm Pace)의 실험실 미팅에 참여하기 시작했다. 나이트는 미생물에 대한 대규모 염기서열분석이 시작되었지만 매우 많은 데이터를 이해하기 위해서는 많은 문제가 존재하고 있다는 사실을 발견했다. 그는 UniFrac (unique fraction)이라 불리는 소프트웨어를 개발했으며 각 샘플의 염기서열에서 진화의 뿌리를 구성하여 두 가지 미생물군 사이의 차이를 측정할 수 있으며 각각 특이한 진화의 가지의 파편을 계산할 수 있는 프로그램이다 (Lozupone, C. & Knight. R. 2005).

UniFrac received a high-profile test when Knight teamed up with Jeff Gordon, a leader in microbiome research at Washington University in St Louis, Missouri, and his postdoc Ruth Ley. The researchers used UniFrac to show that microbial populations in the guts of obese mice differ from those in lean ones⁶. That paper has now been cited more than 500 times, and the program has become a standard analytical tool in the field. “Before UniFrac we had simply been tallying species, but understanding whether the species were related or not gave us deeper insights into the biology of communities,” says Ley, now a microbiologist at Cornell University in Ithaca, New York.

UniFrac은 미주리 주의 세인트 루이스 (St Louis)에 위치한 워싱턴 대학 (Washington University)의 미생물군 연구를 이끌고 있는 제프 고든 (Jeff Gordon)과 함께 팀을 이루면서 프로그램의 유용성을 실험했다.
이들 연구자들은 UniFrac을 이용하여 비만 실험쥐와 마른 실험쥐의 대장에서 서식하고 있는 미생물군의 형태를 보여줄 수 있었다 (Ley, R. E. et al. 2005). 이 논문은 현재 500회 이상 인용되고 있으며 이 프로그램은 이 분야에서 표준적인 분석도구가 되었다. 제프 고든의 실험실에서 박사후 연구원이었으며 현재 코넬대학의 미생물학자인 루스 레이 (Ruth Ley)는 “UniFrac이 개발되기 전에 우리는 생물종의 숫자를 측정했다. 하지만 이 생물종이 연관되어 있는지 여부를 이해하는 것은 군집에 대한 생물학에 중요한 실마리를 제공하고 있다”고 말했다.

Up close and personal

Fascinated by the gut’s inhabitants, Knight was soon helping to chart a course for the Human Microbiome Project (HMP) — a US$115-million effort funded by the US National Institutes of Health to sequence the tens of trillions of microbes that live in and on humans — which published its major results in June⁷.

대장에 서식하는 미생물에 관심을 갖게 되면서 나이트는 미국 국립보건연구원 (NIH)가 연구비 1억 1500만 달러를 제공하여 인간에 서식하는 수십 조개의 미생물의 염기서열을 분석하는 인간 미생물군집 프로젝트 (Human Microbiome Project, HMP)에 관여하기 시작했으며 지난 6월에 주요 연구결과가 발표되었다 (The Human Microbiome Project Consortium 2012).

He also plunged into data: Knight and his colleagues showed that the human body’s bacteria vary dramatically between the gut, skin, mouth, ears and other locations⁸. And by exploring the faeces of mammals ranging from kangaroos to lemurs and zebras, Knight’s team showed that microbiota adapt to diet — be it carnivorous, herbivorous or omnivorous — in a similar way across all mammalian lineages⁹. With a rapid succession of high-profile papers, “Rob exploded onto the scene — he went from no profile to being everywhere”, says Phil Hugenholtz, a microbial ecologist at the Australian Centre for Ecogenomics in Brisbane.

그는 또한 데이터에 대한 연구를 수행하고 있다: 즉, 나이트의 연구팀은 인간신체의 박테리아는 대장과 피부 그리고 입과 귀에서 매우 다르게 나타난다는 점을 보여주고 있다 (Costello, E. K. et al. 2009). 캥거루에서 여우원숭이 그리고 제브라와 같은 다양한 포유류의 배설물을 조사함으로써 나이트의 연구팀은 미생물군은 모든 포유류들과 유사하게 먹이에 따라 적응하고 있다. 즉, 이 미생물들은 육식성, 초식성 또는 잡식성으로 적응하고 있다 (Muegge, B. D. et al. 2011). 일련의 잘 알려진 논문을 통해서 “롭은 과학계의 전면에 나서고 있다”고 호주 생태유전체학 센터 (Australian Centre for Ecogenomics)의 미생물 생태학자인 필 휴겐홀츠 (Phil Hugenholtz)은 말했다.

Knight has continued to develop software for handling the increasingly giant data sets generated by modern sequencing technology. One package, called QIIME (quantitative insights into microbial ecology)¹⁰ uses tools developed by Knight’s group and others to simultaneously compare millions of raw sequences, assign species names when possible, build phylogenetic trees and visualize the data in many different ways.

나이트는 현대적인 염기서열분석 기술로 생산되는 거대한 데이터를 다루기 위한 소프트웨어를 개발하고 있다. 현재 QIIME (Quantitative insights into microbial ecology)라 불리는 소프트웨어 패키지는 나이트의 연구팀이 개발한 것으로 동시에 수 백만 개의 염기서열을 비교하고 가능한 경우에 생물종의 이름으로 분류가 가능하고 계통발생적 뿌리를 구성하고 많은 다른 방법으로 데이터를 시각화할 수 있다 (Caporase, J. G. et al. 2010).

During the HMP, Knight was vocal about his concerns that the tools and data weren’t being shared effectively with the wider community. In one case, he “challenged in a very public way” a rule that was slowing down publication, says Owen White, associate director of the Institute for Genome Sciences in Baltimore, Maryland, who oversees the central data repository for the HMP. The rule was later overturned. White says that Knight was also instrumental in shifting the centre of intellectual power in genomic analysis from larger sequencing centres to smaller labs. Knight says that he wants to “democratize” the data and tools. “To maximize the output of science, it makes more sense to do things that are good for the field overall,” he says.

HMP 연구프로젝트 수행 중에 나이트는 연구 도구와 데이터가 좀더 광범위한 학계에서 효과적으로 공유되지 않고 있다고 우려를 나타냈다. 한 경우에 그는 논문출판 속도를 늦추는 규정에 대해서 공개적으로 비판을 했다고 HMP의 데이터를 관리하고 있는 볼티모어의 유전체 연구소 (Institute for Genome Sciences)의 부소장인 오웬 화이트 (Owen White)는 말했다. 이 규정은 뒤에 개정되었다. 화이트는 나이트는 또한 거대 염기분석 센터에서 좀더 소규모의 실험실로 유전체 분석에 대한 중심지를 이동시키는 원동력이 되었다고 말했다. 나이트는 데이터와 도구에 대한 민주화를 원한다고 말했다.

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Another of his innovations lies in working out how to link sequence data to the sample’s metadata — environmental details such as pH, temperature, salinity and collection time — so that the maximum amount of information can be stored and extracted. “He strongly encouraged people to get organized and put their data in a standard format so that studies could be compared,” says Ley.

그가 이룬 성과 중에서 다른 문제는 데이터의 염기서열과 샘플의 메타데이터 (pH와 기온, 염도 그리고 수집시간과 같은 환경적인 세부사항)가 어떻게 연관되었는가에 대한 것이다. 이를 통해서 극대화된 양의 정보를 저장할 수 있으며 추출할 수 있다. 레이는 “그는 사람들에게 표준적인 포맷에 데이터를 조직화하고 저장하라고 제안하며 이를 통해서 비교가 가능할 것이라고 말한다”고 주장했다.

Knight has ruffled some feathers — perhaps owing to his meteoric rise at an envy-inducing young age, or his unflinching criticism when he thinks something is being done in the wrong way. “He’s not always terribly diplomatic,” says Ley. Some complain of “superficial, catchy” studies, says one colleague who preferred not to be named. Knight’s work certainly can make a splash: in 2010, the popular detective television programme CSI: Miami featured a technique developed by Knight and Noah Fierer, a microbial ecologist at Boulder, with which they matched individuals to the unique bacterial fingerprints that they left on computer keyboards¹¹ (see ‘CSI: Microbes’). Knight’s team also attracted attention with as-yet unpublished work mapping the microbes that carpet the human face from forehead to lips, and a study documenting how the gut microbiota of a Burmese python (Python molurus) shifted from famine to feast mode as the snake digested a rat over three days¹².

물론 빠르게 과학계의 주목을 받으면서 그의 연구가 잘못되었을 때 마주할 수 있는 비판에 대해서 걱정하고 있다. 레이는 “그는 그렇게 외교적이지 않다”고 말했다. 일부 사람들은 그의 ‘피상적이고 인기에 영합하는’ 연구에 대해 비판하고 있다.
나이트의 연구는 물론 관심을 끌고 있다: 2010년에 인기를 끈 텔레비전 프로그램인 CSI 마이애미는 나이트와 불더의 미생물 생태학자인 노아 피어러 (Noah Fierer)가 개발한 기술을 사용했다. 이 방법은 컴퓨터 키보드에 남긴 사람의 특유의 박테리아 지문과 개인의 특성을 조사하는 것이다 (Fierer, N. et al. 2010). 나이트의 연구팀이 수행해온 인간의 얼굴의 이미에서 입술에 존재하는 미생물의 지도를 작성하는 아직 발표되지 않은 연구가 관심을 끌었으며 버마 비단뱀의 대장에 존재하는 미생물군이 기근시기에서 먹이를 먹어 치우는 상황으로 변화하는 삼일 간의 소화과정에 대한 연구도 관심을 끌었다 (Costello, E. K., Gordon, J. I., Secor, S. M. & Knight, R. 2010).

Serious business

Knight doesn’t deny that he is one of two “healthy subjects” involved in generating the largest time series of human microbiota yet collected¹³: he swabbed his palms, mouth and faeces every day for 15 months for the cause. And he relishes the story of an airport official who briefly confiscated the thermos of dry ice he was carrying to transport the samples. Six hours later, in Knight’s office, the thermos exploded because the official had cinched down the lid too tightly.

나이트는 현재 인간의 미생물군 샘플을 수집하여 데이터를 구축하는데 참여하고 있는 두 명의 연구대상 중에 한 명이라는 점에 대해서 부정하지 않고 있다: 그는 그의 손바닥과 입, 배설물에서 15개월 동안 매일 샘플을 채취하고 있다 (Caporaso, J. G. et al. 2011).

Knight says that all his studies have a serious intent. The time-series data, for example, showed that there was vastly more variation within one person’s microbiota than expected. He hopes that the finding will convince clinicians that monitoring people’s microbiomes over time could be useful in a clinical trial, allowing investigators to, for example, test whether variations in microbiota correlate with a drug response. “It’s the kind of thing where you wouldn’t want to ask someone else to go through the trouble if you haven’t demonstrated the feasibility yourself,” he says.

나이트는 모든 그의 연구는 모두 심각한 의도를 갖고 있다고 말했다. 예를 들어 시간에 따른 데이터는 한 사람의 미생물군도 예상한 것보다 더 다양하다는 점을 보여주었다. 그는 이러한 발견은 사람들의 미생물군을 조사하는 것은 임상실험에서도 유용하게 될 것이며 이러한 미생물군의 다양성이 약물반응과 상호연관성을 갖고 있다는 점을 알아볼 수 있을 것이다.

Knight says he currently has about 70 papers in draft form, involving roughly 50 principal investigators. But that looks set to increase thanks to the Earth Microbiome Project. Knight, Gilbert and Janet Jansson, a microbial ecologist at the Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, California, are encouraging microbiologists worldwide to send in samples. They have already received some 60,000, ranging from deep-sea sediments from the Pacific Ocean to owl nests from Alaska. The researchers, funded so far on about $3 million from the US Department of Energy, as well as scraps from private sponsors and their own and their contributors’ funds, have sequenced around 15,000 of them. They are making all the data and tools — many of which Knight developed or is developing — openly available.

현재 그는 70개의 논문초안을 완성했으며 이들 연구에는 약 50명의 수석연구자들이 각각 프로젝트를 수행하고 있다. 이러한 상황에서 그의 연구논문편수는 지구 미생물군집연구 프로젝트로 인해서 더욱 늘어날 것으로 보인다. 현재 나이트와 길버트 그리고 버클리의 로렌스 버클리 국립연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory)의 미생물 생태학자인 자넷 얀슨 (Janet Jansson)은 미생물학자들이 전세계적으로 다양한 샘플을 수집해서 보내주기를 바라고 있다. 이들은 이미 태평양의 해저지층으로부터 알래스카의 부엉이 둥지를 비롯한 다양한 6,000 개의 샘플을 받았다. 미국 에너지부와 개인 스폰서들을 통해서 모금한 연구비가 300만 달러에 이르고 있으며 이들 연구비 지원자들 중에서 15,000명의 샘플도 받게 된다. 이 기금을 통해서 데이터와 분석도구를 개발하게 될 것이며 모두 공유할 수 있도록 공개될 것이다.


“The Earth Microbiome Project is not a purely exploratory project,” Knight emphasizes. The plan, he says, is to collect a number of hypothesis-driven data sets, such as samples collected in pristine and disturbed areas of the Australia coastline to determine whether the disease-driven decline of algae has knock-on effects for other organisms. By combining data sets, the team should also be able to test broader hypotheses — such as whether the dominant microbes in a sample always have the most important functions.

나이트는 “이 지구 미생물군 연구프로젝트는 순수한 탐사 프로젝트는 아니다”고 강조했다. 이 계획은 가설에 기반한 데이터 세트를 수집하게 될 것이다. 예를 들어 호주의 청정지역과 인간에 의해서 침해된 해안가에서 질병에 의해 해조류가 퇴조하면서 다른 생물체에 도미노효과를 일으켰는지를 알아보는 것을 포함하고 있다. 이러한 데이터 세트를 결합하여 연구팀은 또한 좀더 광범위한 가설을 테스트하게 될 것이다 ? 즉, 샘플에서 지배적인 미생물이 가장 중요한 기능을 담당하는가 여부이다. 

To that end, Knight continues to collect samples whenever he has the chance; later this month, for example, he will be scraping up microbial ‘mats’, which are among the most diverse communities known, from hypersaline waters off the Californian coast. The komodo-dragon samples are going into the project, and Knight now has approval to sample these and other species at a further three zoos.

이를 위해서 나이트는 가능한 모든 샘플을 수집하게 될 것이다. 예를 들어 이번 달 말에 그는 캘리포니아의 해안가에 존재하는 극도로 염분이 높은 물에서 서식하고 있는 미생물군 매트에서 샘플을 채취할 것이다. 코모도 도마뱀의 샘플도 이 프로젝트의 일부가 될 것이며 동물원에서 다른 생물체에 대한 샘플수집도 허가 받은 상태이다.

Knight has other ventures on the boil. In one project, he is exploring whether gut microbial communities can influence mental health by, for example, changing the signalling patterns between the gut and brain. “My family has schizophrenia on one side and bipolar disorder on the other,” he says, “which has led to my interest in trying to figure out whether we could potentially address those conditions.” With Gordon and Lozupone, he is also part of a global network for the study of malnutrition and intestinal diseases, funded by the Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington. Working in Bangladesh, the team hopes to identify the microbes associated with malnutrition, and to explore potential probiotic or other microbial treatments.

나이트는 다른 것을 시도하고 있다. 한 프로젝트에서 그는 대장 미생물군이 대장과 뇌 사이의 신호패턴에 변화를 일으켜서 정신건강에도 영향을 미칠 수 있는가에 대한 연구를 하고 있다. 그는 “나의 가족은 한 편으로는 정신분열증을 갖고 있으며 다른 한 편에서는 우울증을 갖고 있다. 우리는 이러한 질병의 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾아내는데 관심을 갖고 있다”고 말했다. 고든과 로주폰과 함께 그는 또한 영양실조와 대장질환에 대한 연구를 위한 전세계 네트워크의 일부분으로 일하고 있다. 이 글로벌 네트워크는 빌 앤 멜린다 게이츠 재단 (Bill & Melinda Gates Foundation)의 지원을 받아 이루어지고 있다. 방글라데시에서 이루어지고 있는 연구를 통해서 영양실조와 연관되는 미생물을 찾아내고 잠재적인 미생물군이나 다른 미생물 치료법을 조사할 수 있는 희망을 갖고 있다.

Knight struggles to explain how he sustains his eclectic interests and level of intensity. With so much to sequence, over-commitment is an occupational hazard for everyone in microbiome research, he says.

나이트는 현재 그의 절충적인 관심과 집중력의 수준을 유지할 것인가에 문제를 설명하지 못하고 있다. 많은 양의 염기서열을 가지고 과도한 참여는 미생물군 연구분야에 도움이 되지 않을 것이라고 그는 말했다.

But Gilbert says that the research community faces a challenge in keeping up with Knight. “Unless he burns out in the next 20 years,” says Gilbert, “I think we’ll look back at him as a pioneer.”

하지만 길버트는 이 연구분야는 나이트처럼 이러한 연구를 지속적으로 수행해야 한다고 주장했다.

References

First results from human microbiome project yield nearly 30,000 new genes.

인간 미생물군집 프로젝트 (Human microbiome project)의 첫번째 결과에서 30,000개의 새로운 유전자 발견

출처 : Published online 20 May 2010 | Nature | doi:10.1038/news.2010.254
http://www.nature.com/news/2010/100520/full/news.2010.254.html

Heidi Ledford

Click for a larger version of this image.AAAS/Science

The US Human Microbiome Project has sequenced the genomes of 178 members of the community of microbes that calls the human body home.

미국의 인간 미생물군집 프로젝트는 인간의 신체에서 서식하는 미생물군 178개의 유전체 염기서열을 분석해왔다.

The project — a US$157-million, five-year endeavour funded by the US National Institutes of Health — aims to characterize the many microorganisms that live in and on the human body, such as in our guts, mouths and on our skin, in the hope of learning how this largely harmless community contributes to everything from digestion to disease. Researchers want to determine whether there is a core collection of microbes — including bacteria, viruses and fungi — that is shared by everyone, and how changes in this ‘microbiome’ may affect health. They also want to sequence 900 of the microbes to serve as reference strains, to help researchers to understand the evolutionary relationships within the microbiome.

미국 국립보건원 (National Institutes of Health)가 5년 동안 1억 5,700만 달러의 비용을 들여 시행하고 있는 연구프로젝트로서 인간의 내장이나 입, 그리고 피부와 같이 인간신체에서 서식하고 있는 많은 미생물의 성격을 파악하는 것으로 목표로 하고 있으며 이를 통해서 얼마나 많은 무해한 미생물군이 소화에서 질병발생까지 모든 것에 기여하는가를 알아볼 수 있게 될 것이라고 보고 있다. 연구자들은 모든 사람들이 공유하고 있는 박테리아와 바이러스 그리고 균류를 포함한 핵심적인 미생물이 존재하는지 여부를 알아보고 이 미생물군의 변화가 건강에 미치는 영향을 알아보는 것을 목표로 하고 있다. 이들은 또한 900가지 미생물을 참고로 삼기 위해 염기서열을 분석하여 다른 연구자들이 미생물군 안에서 일어나는 진화론적인 관계를 이해하도록 도우려는 목표를 가지고 있다.

In a paper published this week in Science¹, the Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium reveals its analysis of the first 178 completely annotated genome sequences from the human microbiome. Another 178 have been sequenced to some extent, but not yet completed. The team identified almost 30,000 new microbial genes, highlighting the fact that we still have much to learn about the genetics of microorganisms.

이번 주 학술지인 <사이언스>지에 발표된 논문에서 인간 미생물군 점프스타트 참고계통 컨소시엄 (Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium)은 인간 미생물군에서 처음으로 178가지 미생물에 대한 분석을 통해 이 유전체 염기서열에 대한 주석을 달아 발표했다 (The Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium 2010). 다른 178개의 미생물군의 염기서열이 어느정도 분석되었지만 완전히 끝내지 못한 상태이다. 이 연구팀은 거의 30,000개의 새로운 미생물 유전자를 발견했으며 이것은 미생물 유전학에 대해 아직 많은 것을 배워야 한다는 점을 강조하고 있다.

Earlier this year, preliminary results² released by a European consortium called Metagenomics of the Human Intestinal Tract, or MetaHIT, produced a catalogue of 3.3 million microbial genes that are present in about 1,000 species of bacteria (see ‘Gut bacteria gene complement dwarfs human genome’). In addition to this catalogue of genes, which was not sorted into distinct genomes, MetaHIT aims to sequence 100 genomes from the microbiome. This, together with the US project, will eventually bring the total number of sequenced microbiome genomes to more than 1,000.

금년 초에 유럽의 컨소시엄인 인간내장메타유전체 (Metagenomics of the Human Intestinal Tract, MetaHIT)의 예비결과가 발표되었으며 이 연구에서 약 1,000종의 박테리아에서 나타나는 330만 개의 미생물유전자에 대한 카탈로그를 만들었다 (Qin, J. et al. 2010; Hellman, A. B. 2010). 아직 완전히 구분되는 유전체로 분류되지 않은 유전자 카탈로그와 함께 MetaHIT는 미생물군의 100개의 유전체의 염기서열을 분석하는 것을 목표로 하고 있다. 미국의 프로젝트와 공조를 통해 이 프로젝트는 궁극적으로 1000개 이상의 미생물군 유전체의 염기서열의 숫자를 제공할 수 있게 될 것이다.

Even so, that will still only scratch the surface of the microbiome’s complexity, says Karen Nelson, a microbiologist and director of the J. Craig Venter Institute in Rockville, Maryland, and an author on the latest study¹.

그렇다고 하더라도 이것은 미생물군의 복잡성의 겉핥기에 불과하다고 최근논문의 저자 중에 한 명이며 J. 크레이그 벤터 (J. Craig Venter) 연구소의 디렉터인 미생물학자인 카렌 넬슨 (Karen Nelson)은 말했다.

Genetic diversity

유전적 다양성

Nelson and her colleagues sequenced strains that had been isolated from the skin, nose and mouth, gut, blood, genitals and urinary tract of volunteers, and then grown in cultures in the lab.

넬슨과 그녀의 동료들은 참여자들의 피부와 코, 입, 내장 및 혈액, 성기 및 요도에서 분리된 미생물계통의 염기서열을 수행하여 실험실에서 배양했다.

The need for lab culturing immediately limits the variety of microbes that can be sequenced, because many human-dwelling microorganisms do not survive when removed from their habitat. Researchers eventually hope to sequence the microbes that cannot be cultured using single-cell sequencing technologies that are currently under development, says Nelson.

실험실배양의 필요성은 염기서열분석이 될 수 있는 다양한 미생물들을 제한하게 된다. 그 이유는 많은 인간의 신체에 살고 있는 미생물들은 그 서식지에서 제거되는 순간 살아남을 수 없기 때문이다. 연구자들은 궁극적으로 현재 개발되고 있는 단세포 염기서열분석 기술을 이용하여 배양할 수 없는 미생물의 염기서열을 분석할 수 있게 되기를 바라고 있다고 넬슨은 말했다.

In the meantime, even the preliminary results of the analysis are enough to highlight the diversity of the human microbiome, says David Relman, a microbiologist at Stanford University School of Medicine in Palo Alto, California. The collection of 1,300 complete bacterial genomes that are already sequenced and deposited into public databases is biased towards disease-causing microbes, he notes, so comparatively little is known about our more peaceful colonizers.

이번 연구분석에 대한 초기결과는 인간신체에 서식하는 미생물군의 다양성을 강조하고 있다고 캘리포니아의 스탠포드 의대 (Stanford University School of Medicine)의 미생물학자인 데이비드 렐맨 (David Relman)은 말했다. 이미 염기서열이 분석되어 공공데이터베이스에 보관된 1,300개의 완전한 박테리아 유전체는 질병을 일으키는 미생물이 대부분을 차지하며 그래서 상대적으로 좀더 평화적인 미생물군에 대해서는 알려진 것이 거의 없다고 그는 지적했다.

“The sheer number of unique genes is impressive,” he says. “They show how much novel genetic and potentially functional diversity is still buried in the human microbiome.” 

그는 “엄청난 숫자의 특이한 유전자는 매우 인상적이다. 얼마나 많은 새로운 유전적이고 잠재적으로 기능적인 다양성의 존재는 아직도 인간에 서식하는 미생물군에 감추어져 있다”고 말했다.

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  References

  
  
  
  
  1. The Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium. Science 328, 994-999 (2010). | Article | ChemPort |
     
  2. Qin, J. et al. Nature 464, 59-65 (2010). | Article | ChemPort |