Food Hygiene Lab - INTRODUCTION

INTRODUCTION

01 차세대 유전체 염기서열 해독기술을 이용한 미생물군 유전체분석 및 생물정보학 연구

마이크로바이옴(microbiome, ‘미생물군유전체’)은 미생물군집(microbiota)과 유전체(genome)의 합성어로, 특정 환경에 존재하는 미생물 군집과 그 유전체 전체를 의미합니다. 식품, 인체, 동·식물 및 자연환경에는 다양한 미생물이 복합적인 군집을 형성하며 존재하고 있으며, 이들 미생물은 서로 또는 주변 환경과 상호작용하면서 다양한 생물학적 기능을 수행합니다.

최근 차세대 염기서열 해독기술(Next Generation Sequencing, NGS)의 혁신적인 발전을 통해 기존의 배양 기반 방법만으로는 확인하기 어려웠던 미생물 군집을 효율적으로 분석할 수 있게 되었습니다. 차세대 염기서열 해독기술은 다수의 미생물로부터 얻어진 대량의 DNA 염기서열 정보를 기존의 전통적인 방법보다 고효율로 분석할 수 있는 기술입니다.

본 연구실은 시료 채취부터 sequencing, bioinformatics 및 data analysis까지 마이크로바이옴 연구의 전 과정을 독자적으로 수행할 수 있는 연구 시스템을 갖추고 있습니다.

1) Shotgun metagenomics sequencing

Shotgun metagenomics sequencing은 특정 환경에 존재하는 모든 미생물의 유전 정보를 직접 분석하여 미생물 군집의 구성뿐만 아니라 기능적 특성까지 종합적으로 분석하는 방법입니다. 16S rRNA 또는 ITS 시퀀싱과 달리 특정 유전자만을 분석하는 것이 아니라 미생물의 전체 DNA를 분석하기 때문에 종 수준의 분류뿐만 아니라 기능 유전자, 항생제 내성 유전자(Antimicrobial Resistance Genes, ARGs) 및 이동성 유전인자(Mobile Genetic Elements, MGEs) 등을 함께 분석할 수 있습니다.

본 연구실에서는 Illumina sequencing platform을 이용하여 shotgun metagenomic sequencing을 수행하고, 생물정보학 분석을 통해 미생물 군집의 구성과 기능, 항생제 내성 유전자, 이동성 유전인자 및 미생물과 내성유전자 간의 연관성을 분석하고 있습니다. 이를 기반으로 식품 및 제조환경의 미생물 군집과 기능 분석, 항생제 내성 유전자의 분포 및 전파 양상 평가, 미생물 위해성 평가 등 다양한 연구를 수행하며, 식품안전 분야의 미생물 생태와 항생제 내성 확산 메커니즘을 이해하고 안전성 향상을 위한 연구를 진행하고 있습니다.

대표 연구 실적

Zhai, Y., Kim, Y. J., Ban, G. H., Kim, Y. M., Kim, S. C., Bae, D. R., Jeong, K. C., & Kim, S. A.* (2026). Environmental reservoirs and transmission pathways of antimicrobial resistance across the pork production continuum. Microbiome. [Link]
Lee, J. W., Kim, Y. M., Kim, Y. J., Jeong, K. C., & Kim, S. A.* (2026). Wastewater irrigation reshapes the microbiome and resistome of radish sprouts: Insights from 16S rRNA and shotgun metagenomic sequencing. Food Research International, 241, 119739. [Link]

2) ITS sequencing

ITS 시퀀싱은 특정 환경에 존재하는 진균(곰팡이 및 효모 ) 군집의 구성과 다양성을 분석하는 방법입니다. ITS 영역은 진균 종에 따라 염기서열의 차이가 커 진균을 분류하고 군집 구조를 분석하는 데 널리 활용됩니다.

본 연구실에서는 Illumina MiSeq platform을 이용하여 ITS 기반 amplicon sequencing을 수행하고, R software를 이용하여 진균 군집의 다양성, 주요 우점 진균, 시료 간 군집 차이 및 환경 요인에 따른 군집 변화를 분석하고 있습니다.

이를 기반으로 식품 및 제조환경의 진균 군집 분석, 식품의 부패 및 품질 저하와 관련된 진균의 분포 특성 평가, 식품 저장 및 유통 과정에서의 진균 군집 변화 분석 등 다양한 연구를 수행하며, 식품안전 분야의 진균 생태를 이해하고 품질 및 안전성 향상을 위한 연구를 진행하고 있습니다.

3) 16S rRNA gene sequencing

16S rRNA 유전자 시퀀싱은 특정 환경에 존재하는 세균 군집의 구성과 다양성을 분석하는 방법입니다. 16S rRNA 유전자는 대부분의 세균이 공통적으로 보유하면서도 종에 따라 염기서열에 차이가 있어 세균을 분류하고 군집 구조를 분석하는 데 널리 활용됩니다.

본 연구실에서는 Illumina MiSeq platform을 이용하여 16S rRNA 유전자 기반 amplicon sequencing을 수행하고, QIIME2 기반의 생물정보학 분석을 통해 세균 군집의 다양성, 주요 우점 세균, 시료 간 군집 차이 및 환경 요인에 따른 군집 변화를 분석하고 있습니다.

이를 기반으로 식품 및 제조환경의 미생물 군집 분석, 위해미생물의 오염원 추적, 장내 미생물 연구, 농축수산물의 미생물 안전성 평가, 스트레스 반응 분석 및 선택적 살균공정 개발 등 다양한 연구를 수행하며, 식품안전 분야의 미생물 생태를 이해하고 안전성 향상을 위한 연구를 진행하고 있습니다.

대표 연구 실적

Hong, Y. J., Kim, Y. M., Kim, Y. S., Cho, T. J., Rhee, M. S., & Kim, S. A.* (2025). Microbial community of retail marinated raw crab: Comprehensive analysis via culture-dependent methods and high-throughput sequencing. LWT, 232, 118376. [Link]
Kim, S. A., Ban, G. H., Cho, T. J., Rhee, M. S., & Kim, S. A.* (2025). Bacterial characterization of retail seasoned dried seafood using culture-based and high-throughput sequencing approaches: Implications for food quality and safety. Food Bioscience, 107168. [Link]
Choi, E. J., Kim, Y. M., Lee, Y. H., Cho, T. J., Rhee, M. S., & Kim, S. A.* (2024). Microbial consortia in commercial salmon products: A comparative study using cultivation-dependent and high-throughput sequencing approaches. Food Research International,196, 115072. [Link]

02 AI, 멀티오믹스 기반 미생물 예측 모델링

최근 식품 분야에서는 방대한 생물정보학 데이터를 활용한 데이터 기반 연구의 중요성이 크게 증가하고 있습니다.

본 연구실은 AI 및 머신러닝 기술과 차세대 염기서열 분석(NGS), 메타게놈, 전사체, 대사체 등 다양한 멀티오믹스 데이터를 통합 분석하여 미생물의 분포와 기능, 상호작용 및 환경 변화에 따른 거동을 예측하는 연구를 수행하고 있습니다.

또한 식품 생산·가공·유통 과정에서 축적되는 다양한 데이터를 기반으로 미생물 오염 패턴과 위해 발생 가능성을 예측하고, 오염원 추적(source tracking), 공정 최적화, 품질 관리 및 식품안전 관리 시스템 구축에 활용 가능한 예측 모델을 개발하고 있습니다.

이러한 연구를 통해 식품안전 분야의 디지털 전환을 선도하고, 데이터 기반의 과학적 의사결정을 지원하는 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다.

대표 연구 실적

Zhai, Y., Kim, M.J., Fan, P., Rajeev, S., Kim, S. A., Driver, J. D., Galvão, K. N., Boucher, C., & Jeong, K. C. (2024). Machine learning-enhanced assessment of potential probiotics from healthy calves for the treatment of neonatal calf diarrhea. Frontiers in Microbiology, 15, 1507537. [Link]

03 식품 생산·가공·유통 전 과정의 미생물 오염도 분석 및 source tracking

식품의 생산, 가공, 유통 및 소비에 이르는 전 과정에서 발생할 수 있는 미생물 오염을 분석하고, 오염원의 유입 경로와 전파 양상을 규명하기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 식품 원료, 제조환경, 작업자, 설비, 공기 및 용수 등 다양한 시료를 대상으로 배양 기반 분석과 차세대 염기서열 분석(NGS)을 병행하여 미생물 군집을 종합적으로 분석하고, 오염원 추적(source tracking) 기법을 활용하여 미생물의 이동 경로와 오염 기원을 규명하고 있습니다.

이를 통해 위해미생물의 확산을 예방하고, 공정별 핵심 관리지점(Critical Control Point)을 설정하며, 과학적 근거에 기반한 식품안전 관리 전략과 위생관리 체계를 구축하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.

대표 연구 실적

Kim, Y. M. & Kim, S. A.* (2026). Stage-specific microbial dynamics and transmission pathways in salted seafood processing plants: A comparison of salted pollock roe and salted squid. Food Research International, 235, 119261. [Link]
Kim, Y. M., Choi, E. J., Cho, T. J., Rhee, M. S., & Kim, S. A.* (2024). Microbial profiling of oysters from a processing plant and retail products: Analysis based on culture-dependent methods and 16S rRNA gene sequencing. Food Research International,196, 115096. [Link]
Yeom, J. Y., Bae, D. R., & Kim, S. A.* (2024). Microbial dynamics of South Korean beef and surroundings along the supply chain based on high-throughput sequencing. Meat Science, 214, 109520. [Link]
Kim, Y. J., Ban, G. H., Hong, Y. W., Jeong, K. C., Bae, D. R., & Kim, S. A.* (2024). Bacterial profile of pork from production to retail based on high-throughput sequencing. Food Research International, 176, 113745. [Link]

04 위해미생물의 생화학적 특성 및 스트레스 반응

자연계에 널리 존재하는 위해미생물은 자연의 순환 과정에서 다양한 환경 인자에 노출되게 됩니다. 특히 식품을 주요 매개로 하는 위해미생물의 경우에는 가공, 유통, 저장, 섭취 단계에서 열, 건조, 산과 같은 스트레스 환경에 필연적으로 노출되며 환경 인자에 노출된 위해미생물은 식품, 물, 기구 등을 통해 전파·오염되고 섭취를 통한 감염이나 병원에서의 임상적 감염 등 다양한 경로로 질병이 발생할 수 있습니다.

본 연구실에서는 위해미생물의 생화학적 특성, 스트레스 반응 연구를 수행하고자 하며, 특히 식품의 순환 중 주요 환경 인자가 위해미생물의 병인학적 특성에 미치는 영향을 탐색하고자 합니다.

대표 연구 실적

Kim, S. A., Park, H. J., Lee, S. H., Hwang, I. G., & Rhee, M. S. (2014). Fate of major foodborne pathogens and Bacillus cereus spores in sterilized and non-sterilized Korean turbid rice wine (Makgeolli). Food Control, 39, 139-145. [Link]
Kim, S. A., Kim, N. H., Lee, S. H., Hwang, I. G., & Rhee, M. S. (2014). Survival of foodborne pathogenic bacteria (Bacillus cereus, Escherichia coli O157: H7, Salmonella enterica Serovar Typhimurium, Staphylococcus aureus, and Listeria monocytogenes) and Bacillus cereus spores in fermented alcoholic beverages (beer and refined rice wine). Journal of Food Protection, 77(3), 419-426. [Link]
Kim, S. A., Lee, Y. M., Oh, S.W., Gwak, H.S., Hwang, I.G., Kang, D.H., Woo, G. J., & Rhee, M.S. (2009). Biofilm formation and low pH viability of Cronobacter spp.(Enterobacter sakazakii) isolated from powdered infant formula and infant foods in Korea. Food Science of Animal Resources, 29(6), 702-708. [Link]

05 위해 미생물 저감화 기술 개발

식품 중 위해미생물을 제어하여 안전성을 확보하는 것은 경제적 이익을 산출하기보다는 피해를 미연에 방지하는데 목적이 있습니다. 식품의 안전성 확보를 위한 효과적인 기술 도입을 위해서는 공정 개발 및 관리에 드는 비용을 최소화하고 살균효과를 최대화할 수 있는 저비용 고효율 범용 살균 기술 개발이 필요합니다.

한편 식품 산업에서 사용되고 있는 화학적 합성물질은 위해미생물을 비교적 효율적으로 제어할 수 있으나 인체 건강에 해로우며 소비자 거부로 인한 문제가 있습니다. 반면 천연항균물질은 화학적 합성물질에 비해 매우 미미한 항균효과로 실효성이 낮아 실제 농·축가 및 산업 현장에 적용이 제한적인 실정입니다. 이러한 단점을 보완하여 화학적 살균제를 대체할 수 있는 천연유래의 살균·세척제를 이용한 고효율 살균기술을 개발한다면 식품의 안전성을 확보할 수 있으며, 이로 인해 관련 식품 산업에서의 직접적 경제효과와 함께 국민 보건 향상이 가능합니다.

본 연구실에서는 새로운 살균제 개발 및 기작 규명을 목표로 구체적으로는 식품의 내재적 특성(염도, pH, 알코올함량), 식품의 생산·가공 조건(블렌칭, 온도, 습도, 가열 살균, 건조 등), 저장 조건(포장재, 공기 조성, 온도 등)을 고려하여 생산·가공·저장의 단위 공정의 조작을 통해 위해요소를 제거함으로써 품질 및 저장성이 향상된 식품 생산 기술을 개발하고자 합니다.

대표 연구 실적

Chung, S. Y., Cho, T. J., Yu, H., Park, S. G., Kim, S. R., Kim, S. A., & Rhee, M. S. (2023). Efficacy of combined caprylic acid and thymol treatments for inactivation of Listeria monocytogenes on enoki mushrooms in household and food-service establishments. Food Research International, 166, 112601. [Link]
Kim, H.W., Chung, D.H., Kim, S. A., & Rhee, M.S. (2019). Synergistic cranberry juice combinations with natural-borne antimicrobials for the eradication of uropathogenic Escherichia coli biofilm within a short time. Letters in Applied Microbiology, 68(4), 321-328. [Link]
Kim, S. A., & Rhee, M. S. (2015). Synergistic antimicrobial activity of caprylic acid in combination with citric acid against both Escherichia coli O157: H7 and indigenous microflora in carrot juice. Food Microbiology, 49, 166-172. [Link]

06 항생제 내성 모니터링 및 MIC 분석

항생제 내성균(Antimicrobial-resistant bacteria)은 식품안전과 공중보건을 위협하는 주요 요인 중 하나로, 식품 생산 및 제조환경을 통해 사람에게 전파될 가능성이 있어 지속적인 감시와 관리가 요구되고 있습니다. 특히 항생제 내성 유전자(antimicrobial resistance genes, ARGs)의 확산은 One Health 관점에서도 중요한 문제로 인식되고 있습니다.

본 연구실은 식품, 제조환경 및 다양한 환경 시료에서 분리된 미생물을 대상으로 항생제 내성 특성을 평가하고, 항생제 내성균의 분포와 확산 양상을 모니터링하는 연구를 수행하고 있습니다. 최소억제농도(Minimum Inhibitory Concentration, MIC) 분석을 통해 미생물의 항생제 감수성을 정량적으로 평가하고, 내성 패턴 및 다제내성균의 특성을 분석합니다.

또한 분자생물학적 기법과 차세대 염기서열 분석을 활용하여 항생제 내성 유전자의 분포와 전파 양상을 조사하고, 식품 생산·가공 환경에서의 내성균 오염 실태와 위해성을 평가합니다. 이를 통해 항생제 내성균의 확산을 예방하고, 식품안전 관리 및 공중보건 향상을 위한 과학적 근거를 마련하는 연구를 수행하고 있습니다.

대표 연구 실적

Bae, D. Y., Macoy, D. M., Ahmad, W., Peseth, S., Kim, B., Chon, J. W., Ryu, G. R., Ban, G. H., Kim, S. A., Kang, H. J., Moon, J. S., & Kim, M. G. (2022). Distribution and Characterization of Antimicrobial Resistant Pathogens in a Pig Farm, Slaughterhouse, Meat Processing Plant, and in Retail Stores. Microorganisms, 10(11), 2252. [Link]

07 개인위생 연구 및 보건 향상

손씻기 등 개인위생은 식품 안전에 있어 매우 중요한 부분을 차지하며, 비누, 치약과 같은 개인위생 제품에 첨가되는 항균 물질에 대한 효능과 안전성 검증은 산업 및 소비자에게 주요한 이슈입니다.

더욱 효과적이며 안정적인 효과를 띄는 , 세정제를 탐색하고자 식중독 세균을 포함한 20균주를 대상으로 트리클로산 및 트리클로카르반의 비누 내 실질적 항균효과를 FDA 권고 실험법으로 모색(in vitro, in vivo)하고 이들의 효능과 안전성을 평가하였습니다. 항균비누의 평가에 그치지 않고 개인위생 제품에 첨가 가능하며 안전성 및 그 효능이 트리클로산/트리클로카르반보다 우수한 천연물질 유래의 항균소재를 개발한 바 있습니다.

본 연구실에서는 향후 천연유래의 항균소재를 추가 발굴하여 개인위생 확보 및 국민보건 향상을 위한 연구를 수행하고자 합니다.

대표 연구 실적

Kim, S. A. and Rhee, M. S. (2016). Antibacterial Activity of Caprylic Acid for Potential Application as an Active Antiseptic Ingredient in Consumer Antiseptics. International Journal of Antimicrobial Agents, 48, 765–767. [Link]
Kim, S. A. et al. (2015). Bactericidal Effects of Triclosan in Soap both In Vitro and In Vivo. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 70, 3345–3352. [Link]

08 미세플라스틱 및 환경 미생물 연구

본 연구실에서는 유통식품뿐만 아니라 실제 제조 공장을 방문하여 각 단계에서의 시료를 채취하여 다양한 미생물(위생지표세균, 식중독세균 등의 정량분석 및 정성분석, 대상 미생물은 위 사진 참고)을 대상으로 총체적 위해분석을 수행하고 있습니다. 이를 통해 식품 중 고위해 식품의 탐색, 특정 식품 중 주요 관리가 필요한 식중독세균 탐색, 식중독세균의 다양한 오염경로를 추적할 수 있습니다. 또한 생산부터 섭취까지의 전 단계에서의 식품 내 미생물 변화를 분석함으로써 주요 관리가 필요한 공정을 모색하고 있습니다. 추후에는 마이크로바이옴과 접목하여 타겟 미생물의 검출뿐만 아니라 시료 내 존재하는 모든 미생물에 대한 총체적인 정보를 획득하는 연구를 수행하고자 합니다.

대표 연구 실적

Song, H. R., Kim, Y. M., Yoo, D. H., Kim, S. A.*, & Park, C. H. (2026). External Microplastic Filters for Washing Machines: Advances, Technical Challenges, and Biofouling Mitigation. Membranes, 16(7), 238. [Link]

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