형질전환 벡터 engineering 연구는 외래 유전자의 효율적인 세포 내 전달, 안정적인 유지, 정밀한 발현 조절을 가능하게 하는 핵심 기술로서, 합성생물학 및 대사공학 연구의 기반을 이룬다. 본 연구실은 숙주 미생물의 생리적·유전적 특성을 고려하여 복제기점(origin of replication), 선택 마커(selection marker), 프로모터–RBS/UTR, 전사 종결자(terminator) 등 벡터 구성 요소를 체계적으로 설계·최적화한다. 이를 통해 기존 범용 벡터의 한계를 극복하고, 비모델 미생물 및 산업용 균주에서도 높은 형질전환 효율과 안정적인 유전자 발현을 구현하고자 한다. 이러한 벡터 engineering 기술은 고효율 대사경로 구축, 기능성 단백질 생산, 인공 유전자 회로 개발 등 다양한 바이오공정 및 합성생물학 응용으로 확장되고 있다. 

Transformation vector engineering is a core technology that enables efficient gene delivery, stable maintenance, and precise control of gene expression, forming the foundation of research in synthetic biology and metabolic engineering. Our laboratory focuses on the rational design and optimization of key vector components—including origins of replication, selection markers, promoters with RBS/UTRs, and transcriptional terminators—tailored to the physiological and genetic characteristics of host microorganisms. By overcoming the limitations of conventional, one-size-fits-all vectors, we aim to achieve high transformation efficiency and robust gene expression in non-model and industrially relevant microbes. These engineered vector systems support advanced applications such as high-performance metabolic pathway construction, functional protein production, and synthetic gene circuit development. 

기후변화 대응과 탄소중립 실현을 위해 CO₂ 및 산업 배출 가스(CO)를 새로운 탄소 자원으로 전환하는 기술의 필요성이 급격히 증가하고 있다. 그러나 기존의 화학적 전환 공정은 높은 에너지 소모, 촉매 비용, 공정 복잡성 등의 한계를 지니고 있어 지속가능한 대안 기술이 요구된다.

Acetogen 미생물은 CO₂, CO, formate, methanol과 같은 다양한 C1 기질을 직접 동화할 수 있는 독특한 대사 능력을 보유하고 있어, 저에너지·저탄소 바이오공정을 구현할 수 있는 핵심 플랫폼으로 주목받고 있다. 특히 Wood–Ljungdahl pathway는 생물학적으로 가장 효율적인 탄소 고정 경로 중 하나로, 화석자원 기반 생산체계를 대체할 잠재력을 지닌다. 그럼에도 불구하고 acetogen은 느린 성장 속도, 제한적인 유전자 발현 도구, 낮은 생산성 등의 기술적 제약으로 인해 산업적 활용이 아직 제한적이다. 따라서 C1 기질 특성에 최적화된 대사공학, 전사 조절 시스템, 공정 통합 전략을 체계적으로 개발하는 연구가 필수적이며, 이는 차세대 탄소순환형 바이오산업의 핵심 기반 기술이 될 것이다. 

The urgent need to address climate change and achieve carbon neutrality has driven growing interest in technologies that convert CO₂ and industrial waste gases (CO) into valuable carbon resources. However, conventional chemical conversion processes often suffer from high energy demands, expensive catalysts, and complex operating conditions, highlighting the need for sustainable biological alternatives. 

Acetogenic microorganisms possess unique metabolic capabilities that enable the direct assimilation of diverse C1 substrates, including CO₂, CO, formate, and methanol, offering a low-energy and low-carbon route for bioconversion. In particular, the Wood–Ljungdahl pathway is recognized as one of the most energy-efficient biological carbon fixation pathways, with strong potential to replace fossil-based production systems. Despite these advantages, the industrial application of acetogens remains limited due to challenges such as slow growth rates, underdeveloped genetic toolkits, and low product titers. Therefore, systematic research on metabolic engineering, transcriptional regulation systems, and integrated bioprocess strategies tailored to C1 substrates is essential. Advancing these technologies will establish a foundational platform for next-generation carbon-circular and carbon-neutral biotechnology. 

본 연구는 합성생물학(synthetic biology)을 기반으로 토양 환경에 적합한 synthetic microbial consortium을 설계·구성함으로써, 단일 균주 접근의 한계를 극복하고 안정적이며 재현성 높은 토양 미생물 기능을 구현하는 것을 목표로 한다. 자연 토양 마이크로바이옴은 고도로 복잡하고 동적인 생태계를 이루고 있어, 특정 기능을 단일 미생물에 의존할 경우 환경 변화에 따른 성능 저하가 빈번하게 발생한다.

우리 연구실은 기능별 역할 분담이 명확한 미생물들을 선별하고, 유전자 회로 및 대사 기능을 정밀 조절하여 영양소 공급, 식물 생장 촉진, 병원성 미생물 억제, 환경 스트레스 완화 등의 기능을 협력적으로 수행하는 synthetic consortium을 구축한다. 또한 균주 간 상호작용 안정성을 높이기 위해 quorum sensing, 대사 보완성(cross-feeding), 공간적 분리 전략 등을 활용하여 토양 환경에서도 장기적으로 유지 가능한 미생물 군집을 구현하고자 한다. 

This research focuses on designing and constructing synthetic microbial consortia for soil applications using synthetic biology approaches, overcoming the limitations of single-strain strategies and enabling robust, reproducible microbial functions in complex soil environments. Natural soil microbiomes are highly dynamic and heterogeneous, often leading to inconsistent performance when relying on individual microorganisms for specific functions.

Our laboratory selects microorganisms with clearly defined functional roles and engineers their genetic circuits and metabolic traits to cooperatively perform tasks such as nutrient provisioning, plant growth promotion, suppression of soil-borne pathogens, and mitigation of environmental stress. To ensure consortium stability in soil, we incorporate strategies including quorum sensing–based coordination, metabolic complementarity through cross-feeding, and spatial organization, enabling long-term persistence and functional reliability of engineered microbial communities.