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광학현미경을 이용한 원생생물 관찰 보고서

광학현미경을 이용한 원생생물의구조적 특징 관찰-생물학 실험1 3주차 보고서-1. 서론1) 실험목적이번 실험의 목적은 광학현미경의 사용방법을 익힌 후 광학현미경의 배율을 달리하며 6종의 원생생물을 관찰함으로써 각 원생생물의 구조적 특징을 파악하는 것이다.2) 실험이론현미경은 사람의 눈으로 볼 수 없는 미세한 대상을 관찰하기 위해 사용된다. 이번 실험에서는 살아있는 미세한 원생생물을 관찰하기 위해 광학현미경을 사용하였다. 광학현미경은 관찰하고자 하는 대상에 빛을 조사 후 통과한 정보를 렌즈에 의해 실상을 맺어 확대된 상을 볼 수 있게 하는 영상장치로 생물학 분야에서 조직을 세포 수준에서 형태나 기능을 확인하기 위해 사용한다. (이영진 외, 2019, p1-2)[사진1]광학현미경의 주요구조는 접안렌즈, 대물렌즈, 광원, 제물대, 조리개, 회전판, 미동∙조동 나사로 구성되어 있으며 실험에서 사용한 광학현미경의 접안렌즈는 10 배율로 고정되어 있다. 이 현미경을 이용하여 시료를 관찰하기 위해서는 제물대의 위치를 조절하는 조동나사를 이용해 제물대를 아래로 내린 후 그 위에 시료 샘플이 있는 슬라이드글라스를 고정해야 한다. 슬라이드글라스를 고정한 후 빛을 조사하는 광원을 조절하여 빛의 양을 조절하고 조동나사를 이용해 대물렌즈가 슬라이드글라스에 거의 닿을 정도로 제물대의 위치를 조정한다. 접안렌즈를 통해 시료의 상이 보이도록 조동나사로 조절한 다음 미동나사를 이용해 초점을 맞춘다. 시료를 관찰할 때에는 저배율에서 고배율로 점차 배율을 높여가며 관찰해야 한다. 이런 광학현미경을 이용해 아메바, 유글레나, 규조류, 녹조류, 섬모충류, 포자충류 등 6종의 원생생물 슬라이드를 관찰하고자 한다.원생생물은 핵막과 세포소기관을 갖는 진핵생물을 의미한다.(황혜영,2008,p36) 주로 박테리아를 포식하며, 작은 크기와 빠른 대사활동으로 인해 생태계의 물질순환과 에너지 흐름을 촉진시키는 중요한 역할을 한다. (손주연 외, 2006, p2). 원생생물은 영양방식에 따라 엽록체를 가지는 광독립영양생물과 유기물을 흡수하거나 큰 먹이입자를 직접 식세포 운동을 통하여 섭식하는 종속영양생물로 나뉜다. (네이버 지식백과] 원생생물 - 생물다양성의 실제) 원생생물의 독립영양생물은 다시 광합성 색소의 종류에 따라 나뉘며 세부적으로는 녹조류,갈조류,황조류,규조류,우글레나류,황적조류로 분류된다. 원생생물의 종속영양생물은 모두 광합성색소가 없는 것이 특징이며 운동방식에 따라 세부적으로 편모류, 위족류, 섬모충류, 포자충류로 분류된다.원생생물의 세포소기관으로는 위족, 섬모와 편모, 식포, 수축포(원생생물내 액포)가 있을 수 있다. 위족은 단세포생물과 진핵세포막에서 세포질이 변형되어 길게 늘어져 나온 세포질구조물을 포함한 막의 일부이며 일부 원생생물의 이동과 음식물 섭취에 관여한다. (네이버 지식백과, 위족) 섬모는 편모와 함께 운동을 담당하는 기관으로 미생물이 유영운동을 통해 운동을 할 수 있게 하며 미생물의 생존을 위해 매우 필수적이다. (한국미생물학회,2017,p81-83) 위와 같은 원생생물의 특징을 기억하며 광학현미경을 통해 생물의 구조적 특징을 관찰하는 것이 실험의 주요목적이다.2. 본론1) 실험재료광학현미경, 슬라이드글라스, 커버글라스, 원생생물 표본, 저수지에서 채취한 액체50mL,파이펫, 팁2) 실험방법1. 저수지에서 채취한 액체를 원심분리한다.2. 원심분리한 액체를 마이크로피펫을 이용하여 체취한 후 슬라이드 글라스 위에 체취한 시료를 도포한다.3. 도포한 시료 위에 커버글라스를 덮어 표본을 만든다.4. 광학현미경의 전원을 연결해 스위치를 키고 조동나사를 이용해 제물대를 아래로 최대한 내린다.5. 시료가 담긴 슬라이드를 제물대 위에 고정한 후 빛을 주사하는 광원을 조절해 빛의 양을 조절한다.6. 광학현미경을 측면에서 보면서 조동나사를 이용해 제물대 위 슬라이드글라스가 대물렌즈에 거의 닿을 정도로 조정한다.7. 접안렌즈에 눈을 대고 직접 보면서 시료의 상이 보이도록 조동나사로 조절한 다음 미동나사를 이용해 상의 초점을 맞춘다.8. 시료를 관찰할 때는 광학현미경의 배율을 저배율에서 고배율로 높여가며 원생생물의 각 기관을 관찰한다.(실험 시 사용한 광학현미경의 접안렌즈 배율은 10배율로 고정되어 있다.)3) 실험결과위족류녹조류섬모충류규조류포자충류유글레나류위의 표는 원생생물을 관찰한 실험결과에 따라 분류해놓은 표이다. 관찰결과 크게 6종류로 나뉠 수 있었으며 위족류,녹조류,섬모충류,포자충류,유글레나류로 분류하였다.①~④사진의 경우 위족류(아메바,태양충,방산충)로 보인다. ①,②,③의 경우는 위족류 중 아메바로 판단된다. 섬모와 편모가 보이지 않으며 위족류의 특징인 운동기관, 위족이 관찰되었기 때문이다. 또한, ④의 경우 위족류의 한 종류인 태앙충으로 보인다. 원형모양을 중심으로 위족이 사방으로 나와있고 섬모와 편모가 없다. 방산충과 모양이 비슷하지만 중심부에 중심낭이 없는 것으로 보아 태양충이라고 생각된다.⑤,⑥의 경우 녹조류(클로렐라, 반달말, 해캄, 볼복스, 파래)로 보인다. 섬모와 편모가 없고 포자를 형성하지 않는 것으로 보아 규조류,홍조류,갈조류,녹조류 중 하나로 판단되어야 한다고 생각했으며 단세포인 것을 통해 규조류와 녹조류 중 하나라고 생각했다. ⑤사진의 경우 미세하지만 셀룰로오스 세포벽이 관찰되어 녹조류로 생각했으며 ⑥사진의 경우 세포벽을 관찰할 수는 없었지만 증대포자를 형성하지 않는 것으로 보아 녹조류로 판단했다.⑦,⑧의 경우 섬모충류(짚신벌레, 종벌레, 나팔벌레)로 보인다. ⑦사진의 경우 편모는 없지만 많은 섬모가 관찰되며 섬모충류의 한 종류인 짚신벌레로 보인다. ⑧의 경우도 편모는 없지만 섬모가 관찰되며 몸이 깔대기 모양으로 보인다. 이는 나팔모양을 이루고 있는 나팔벌레로 판단된다.⑨,⑩,⑪의 경우 규조류(뿔돌말,깃돌말,실패동말,별돌말)로 보인다. 유글레나류와 모양이 비슷해보이지만 운동기관이 관찰되지 않아 규조류로 판단하였다.⑫의 경우 포자충류(말라이아병원충)로 보인다. 운동기관인 편모,섬모,위족이 관찰되지 않았고 동그란 모양의 포자를 형성하고 있는 것을 통해 포자충류라고 판단되었다.⑬,⑭,⑮의 경우 유글레나류(유글레나)로 보인다. 규조류와 모양이 비슷하지만 규조류는 운동기관이 없어 유글레나류와 비교했을 때 보다 생물의 모양이 대칭적으로 길쭉한 모양이다. ⑬,⑭,⑮의 경우 양 쪽 끝부분 중 한 쪽 부분이 더 긴 것을 보아 운동기관인 편모가 있다고 판단해 유글레나류로 분류하였다.3. 결론1) 결과요약15개의 원생생물을 관찰하였으며 관찰결과 위족류 4개, 녹조류 2개, 섬모충류 2개, 규조류 3개, 포자충류 1개, 유글레나류 3개로 분류할 수 있었다.2) 의의원생생물과 관련하여 선행된 연구들은 특정 해양의 원생생물의 생물량을 파악해 이를 박테리아 양과 비교하고 원생생물의 양과 해양 내 유기물과의 관계를 설명하고 있다. 또한, 일부 연구는 원생생물의 감염이 초래하는 경제적 손실을 알아내기도 한다. 한 예로, 바지락에 기생하는 원생생물의 일종인 Perkinsus olseni는 유럽연안에 서식하는 대서양 바지락 및 유입종인 바지락에서 확인되고 있으며, 이들의 감염이 바지락 대량폐사의 원인으로 알려지고 있다.(강현실 외, 2015, p2)이는 원생생물이 유기물을 분해하는 과정을 통해 생태계의 물질순환에 기여하고 에너지 흐름을 촉진시키는 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 따라서 원생생물의 구조적 특징을 관찰하는 것은 원생생물이 생태계에 미치는 영향을 파악하기 위한 첫 단계라고 생각한다. 광학현미경을 이용해 원생생물을 관찰하며 운동기관의 유무와 생물의 모양에 따라 나눠보고 각각의 원생생물이 가지는 구조적특징을 파악할 수 있었다. 원생생물의 구조적특징 관찰하는 실험이 원생생물이 각 종류별로 생태계에 미치는 영향을 설명하는데 쓰이는 자료가 될 수 있을 것으로 기대한다.3) 제한점시료를 염색하지 않아 생물 세포 내 핵을 관찰하기가 어려웠고 광합성 세포 존재의 유무를 확인할 수 가 없었다.참고문헌이영진, 김지연, 2019, 광학 현미경 영상 기반 시간 분해능이 향상된 비지역적 평균 노이즈 제거 알고리즘 가능성 연구, 한국방사선 협회, 13권 4호, p1-2황혜영, 2008, (제7차) 교육과정에 따른 고등학교 생물 Ⅱ 교과서의 생물분류에 대한 비교 분석, 학위논문(석사), p36한국미생물학회. 2017. 미생물학. 범문에듀케이션. p. 81, 82, 83손주연, 황순진, 공동수, 2006, 팔당호와 경안천에서 박테리아와 원생생물의 생물량과 세포크기의 시·공간적 분포, 한국육수학회지, 39권 3호, p2양은진, 주세종, 2008, 김웅서북서태평양에서 종속영양 원생생물 군집 및 섭식압의 해역별 비교, 30권 3호, p1-2강현실, 홍현기, 양현성, 박경일, 이택견, 김영옥, 최광식,2015, 여름철 산란기에 있어 바지락 번식량의 공간적 변이와 기생 원생생물 Perkinsus olseni 감염이 바지락 번식에 미치는 영향, Ocean and Polar Research, 37권 1호, p1-2-PAGE * MERGEFORMAT2-

자연과학| 2021.04.29| 7페이지| 1,000원| 조회(337)

광학현미경, 원생생물, 녹조류, 섬모충류, 위족류, 포자충류, 유글레나류

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실험기구 사용법 보고서

올바른 실험기구 사용법 생물학 실험2 - 실험목적 생물학 실험에서 사용하는 실험기구의 올바른 사용방법을 익히고 잘못된 사용방법으로 인해 발생할 수 있는 사고를 예방한다. 실험원리 마이크로 파이펫 파이펫은 일정 체적의 액체 또는 기체를 측정하거나, 다른 용기에 추가할 때 사용하는 기구이다. 용도에 따라 가스 파이펫, 홀 파이펫, 마이크로 파이펫 등 다양한 종류로 나뉘어져 있으며 일반생물학 실험에서 주로 사용하는 파이펫은 마이크로 파이펫이다. 마이크로 파이펫은 마이크로리터(㎕)단위의 적은 양의 액체를 정확하게 흡입,분출하는 기구로, 정밀한 양의 시료를 측정 후 분배할 때 사용한다. 마이크로 파이펫은 각 용량별 파이펫과 팁으로 구성되어 있으며 팁은 팁통에 넣어 보관한다. 그림1. 마이크로 파이펫의 구조 위의 사진은 마이크로 파이펫의 구조를 나타낸 그림으로, 마이크로 파이펫은 액체를 분리하거나 뺄 때 눌러서 사용하는 버튼인 Plunger button, 팁을 분리할 때 누르는 버튼인 tip ejector button, 피펫으로 한 번에 얼마만큼의 용량을 취할지 결정하는 Volume adjustment knob, 용량 표시 눈금 부분의 Dgital volume indicato, 팁을 결합하거나 분해하는 Stainless steel ejector arm 부분으로 이루어져 있다. 마이크로 파이펫의 용량은 2l, 10l, 20

자연과학| 2021.04.29| 8페이지| 1,000원| 조회(422)

실험보고서, 사용법, 실험기구, 생물학실험, 마이크로피펫, 원심분리기, 생물학실험1, 항온수조

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동물세포와 식물세포의 생체막을 이용한 삼투현상 관찰 보고서

동물세포와 식물세포의 생체막을 이용한삼투현상 관찰-생물학 실험1 보고서-실험목적이번 실험의 목적은 동물세포인 적혈구와 식물세포인 양파 표피세포의 생체막을 이용하여 세포를 둘러싼 용액의 농도변화에 따라 발생하는 삼투현상을 관찰하는 것이다.실험원리농도차이에 의해 물질이 이동하는 방법으로는 확산과 삼투가 있다. 확산은 농도가 높은 지역에서 낮은 지역으로 물질이 이동해 결국 농도가 평형을 이르게 되는 현상이다.(Fetter,2008,p500) 이와 반대로 삼투는 용매가 저농도에서 고농도쪽으로 이동하는 현상으로, 용매는 통과시키지만 용질은 통과시키지 않는 반투막을 사이에 놓고 순수한 용매와 용액을 분리시켰을 때 순수한 용매가 용액속으로 들어가려는 자발적경향을 의미한다. 이 때 이 용매의 유입을 완전히 막기 위해서 용액에 가해지는 압력의 크기를 삼투압이라고 한다. (정지인 외,2018,p539-548) 삼투압은 π(삼투압)=MRTi (M: 용액의 몰농도(mol/L),R: 기체 상수(0.0821 L·atm/mol·K),T: 절대 온도(K),i: 반트호프 인자(수용액이 전해질인 경우에 필요) 공식을 이용해 구할 수 있으며 용액의 농도가 높고 온도가 높을수록 커지는 것이 특징이다.농도 차를 이용한 삼투현상은 여러 기술에 적용되어 있다. 가장 간단한 예로, 알약에 활용된 삼투압제어시스템이 있다. 이 시스템은 1900년대 개발된 기술로, 알약의 내부가 push층과 두 약물 층으로 구성되어 있을 때 소화관내의 물이 알약으로 들어오면 시스템 내부에 있는 삼투압 물질과 섞여 삼투압을 발생시키고 이 때 발생한 삼투압의 힘으로 시스템 내부의 약물을 알약의 좁은 구멍을 통하여 일정 시간 방출하는 시스템이다.(이재현외,2005,p9-10) 이외에도 수많은 기술에 적용되어 있지만 삼투현상은 체내에서 가장 쉽게 관찰할 수 있다.체내에 수많은 세포들도 삼투현상에 의존하고 있다. 각 세포는 적절한 물 없이는 기능할 수 없기 때문에 세포의 안팎을 쉽게 드나드는 물의 삼투현상에 의존한다. 세포내외의 삼내 농도보다 농도가 진한 고장액에 담겨있다면 동물세포는 수분이 밖으로 빠져나가 수축하며 쪼그라들게 된다. 이와 반대로 세포내 농도보다 묽은 저장액에 담겨있으면 수분이 동물세포로 들어와 부풀어오르다가 결국 터지는 용혈 현상이 일어난다. 식물세포도 이와 동일한 현상이 발생하는데 저장액의 경우 차이점이 있다. 식물세포는 동물세포와 달리 세포벽이 존재하기 때문에 저장액에 담겨있으면 세포벽에 밀착되어 있던 원형질이 세포벽에서 떨어져 수축하는 현상이 일어난다.(Wayne R ,2009,p16-17) 이번 실험에서는 동물세포인 적혈구와 식물세포인 양파 표피세포를 이용해 배양액의 농도를 다르게 했을 때 위의 설명처럼 세포의 형태가 변하는 현상이 발생하는지 관찰할 것이다.실험재료적혈구의 용혈현상 실험실험도구: 광학현미경, 커버글라스, 피펫, 슬라이드글라스, 란셋, 이쑤시개실험시약: sucrose 20ul (75mM,150mM,300mM 농도 별로 준비), NaCl 20ul(75 mM, 150mM,300mM 농도 별로 준비), 혈액양파표피세포 원형질분리 실험실험도구 : 광학현미경, 커버글라스, 피펫, 슬라이드글라스, 핀셋, 칼, 휴지실험시약 : 증류수, 양파, sucrose(0.3M,0.5M,0.7M,0.9M 농도 별로 각각 준비)실험방법적혈구의 용혈현상 실험알코올 솜으로 혈액을 채취할 손가락을 소독한 후 란셋을 이용해 피를 낸다.슬라이드글라스에 혈액을 도포한 후 각 용액을 농도별로 20ul씩 분주한다.이쑤시개를 이용해 혈액과 용액을 잘 섞은 후 3분간 방치하여 반응이 충분히 일어날 수 있도록 한다. (한번 사용한 이쑤시개를 재사용하지 않는다.)3분이 지난 후에는 커버글라스로 덮고 광학현미경을 이용해 400배 배율에서 적혈구를 관찰한다.양파 표피세포의 원형질분리 실험① 양파에 칼집을 내어 핀셋으로 양파표피를 벗겨낸다.② 양파표피를 준비해둔 각 용액마다 30분간 담가둔다.③ 30분간 반응을 시킨 후 각 용액에서 양파 표피를 건져 슬라이드글라스에 양파표피를 잘 펼친다.④ 잘 펼친 질분리가 일어난 세포를 센 후 한계원형질분리 농도의 삼투압을 계산한다. (π삼투압=MRTi) (50%의 세포가 원형질분리를 한 농도)실험결과적혈구의 용혈현상 실험sucrose용액 결과75mM sucrose150mM sucrose300mM sucrose결과 사진위의 표는 각 용액의 농도별 현미경으로 적혈구를 관찰한 사진을 정리한 표이다. 적혈구는 10%(m/v)의 sucrose용액이 등장액이며, 이 때 sucrose용액의 몰농도는 다음과정을 통해 구할 수 있다. 10%(m/v)는 0.10g/ml 용액을 의미하므로 0.10g/ml*1000ml=100g의 sucrose가 들어있음을 의미한다. Sucrose의 분자량은 342.29648 g/mol이므로 100g/342.29648 g/mol=0..292M이다. 즉, 대략 300mM 농도의 sucrose용액이 등장액임을 알 수 있으며 75mM,150mM sucrose용액은 저장액이라는 것을 알 수 있다. 실제로, 실험결과 75mM와 150mM sucrose 용액에서 용혈된 적혈구의 모습을 많이 관찰할 수 있었다.② NaCl용액 결과75mM NaCl150mM NaCl300mM NaCl결과 사진위의 표는 각 용액의 농도별 현미경으로 적혈구를 관찰한 사진을 정리한 표이다. 적혈구는 0.9%(m/v)의 NaCl용액이 등장액이며, 이 때 NaCl용액의 몰농도는 다음과정을 통해 구할 수 있다. 0.9%(m/v)는 0.009g/ml 용액을 의미하므로 0.009g/ml*1000ml=9g의 NaCl가 들어있음을 의미한다. NaCl의 분자량은 58.5g/mol이므로 9g/58.5 g/mol=0.154M이다. 즉, 대략 150mM 농도의 NaCl용액이 등장액임을 알 수 있으며 75mM용액은 저장액,3000mM NaCl용액은 고장액이라는 것을 알 수 있다. 실제로, 실험결과 75mM용액에서는 용혈된 적혈구를, 그리고 3000mM NaCl용액에서는 수축한 적혈구를 관찰할 수 있었다.적혈구의 용혈현상은 75mM,150mM sucrose 용액과 7르게 일어나 용혈된 적혈구 수가 많은 것으로 생각된다.양파 표피세포의 원형질분리 실험증류수 D.W0.3M sucrose0.5M sucrose결과 사진0.7M sucrose0.9M sucrose결과 사진증류수 D.W0.3M sucrose0.5M sucrose원형질분리가 일어난 세포의 수(30개 중)0개/30개0개/30개7개/30개0.7M sucrose0.9M sucrose원형질분리가 일어난 세포의 수(30개 중)16개/30개24개/30개위의 표는 양파 표피세포의 모습을 광학현미경으로 관찰한 사진을 정리한 것이며 사진 속 보이는 세포 30개 중 원형분리질이 일어난 세포의 수를 세어 또 다른 표로 정리하였다. 각 sucrose의 농도 별 원형질분리가 일어난 양파 표피세포수를 세 본 결과 0.7M sucrose용액이 50%의 세포가 원형질분리를 한 농도로, 한계원형질분리 농도라는 것을 알 수 있었다. 이 용액의 삼투압은 π(삼투압)=MRTi를 이용해 구할 수 있으며 그 과정은 다음과 같다. M(용액의 몰농도)=0.7mol/L, R(기체 상=0.0821 L·atm/mol·K, T(절대온도)=300K, i(반트호프 인자)=1이므로 삼투압은 17.241atm이다.실험요약적혈구의 용혈현상 실험에서는 실험결과 300mM sucrose용액과 150mM NaCl용액이 등장액이라는 것을 알 수 있었으며 양파 표피세포의 원형질분리실험에서는 0.7M sucrose용액이 한계원형질분리농도였으며 이를 이용해 한계원형질분리농도에서의 삼투압은 17.241atm이라는 것을 구할 수 있었다.의의세포는 적절한 물 없이는 기능할 수 없기 때문에, 많은 세포 내 과정들은 삼투 현상에 의존하고 있으며 따라서 삼투현상은 세포가 제 기능을 하기 위해서는 필수적이다. 선행연구에 따르면, 세포내외의 배양액의 농도와 삼투압의 차이가 세포에 미치는 다양한 실험을 진행함으로써 세포애 대한 이해를 확장시켜나갈 수 있다고 한다. 이에 대한 예로, 돼지의 난자를 체외에서 배양할 때 배양액과 삼투압이 난포란의 성숙에 어떤현상을 이해하는 것은 중요하다.이처럼 삼투현상이 세포에 어떤 영향을 미치는지 알아내는 실험은 세포의 특성을 이해하는데 큰 도움이 될 뿐만 아니라 체내에 약물을 주입할 때 발생할 수 있는 사고를 막는데 도움이 되는 자료를 제공한다. 이번에 진행한 두 실험은 삼투현상을 이용해 세포내외의 농도변화가 일어날 때 세포의 모양에 어떠한 변화가 있는지 알아 본 기본적인 실험으로, 세포의 특성과 자연에서 일어나는 삼투압현상을 이해함으로써 동물세포뿐만 아니라 식물세포까지 우리가 지금까지 알지 못했던 세포의 특성을 알아내는데 쓰일 수 있는 기초적인 자료가 될 수 있다고 생각한다.제한점sucrose용액 실험 결과 300mM농도가 등장액이어서 고장액의 sucrose용액에 적혈구를넣었을 때의 모습을 관찰하지 못했으며 실험군의 개수가 적기 때문에 양파 표피세포 원형질분리에서 0.7M sucrose 용액이 정확한 한계원형질분리농도인지는 알 수 었었다. 실험군의 개수를 더 세분화한다면 한계원형질분리농도를 더욱 정확하게 구할 수 있을 것이다.참고문헌-정지인,장낙한. "한국과 미국의 고등학교 화학 교과서에서 삼투 현상 기술에 대한 비교 분석" 교사교육연구 VOL.57 NO.4 (2018):539-548- Fetter, C.W., 2008, Contaminant Hydrogeology, Second Edition. Waveland Press, Incorporated, p500 .- 이재현, 서주환, 2005, 약물전달 시스템 기술, 한국과학기술정보연구원, 제5-258호, p9-10- Jina B-J, Verkman AS (2017) Microfluidic platform for rapid measurement of transepithelial water transport. Lab on a Chip. 17 p887–895- Wayne R (2009) Plant Cell Biology. Academic Press, Boston, USA, 16-17-김민경 , 권대진 , 박춘근 , 양부근 , 정희태AT2-

자연과학| 2021.04.29| 8페이지| 1,000원| 조회(1,308)

적혈구, 삼투현상, 농도, 용혈, 원형질분리, 양파표피세포, sucrose용액

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BLAST와 EMBOSS Needle을 이용한DNA 및 단백질 서열 분석-생물학 실험1 4주차 보고서-실험목적이번 실험의 목적은 생물학적 서열정보를 비교하는 알고리즘인 BLAST와 EMBOSS Needle을 이용해 주어진 실습과제의 다양한 DNA 및 단백질 서열을 서로 비교 및 분석하는 것이다.실험이론자연은 흑과 백처럼 정확하게 나눌 수 없는 모호한 자연 언어로 이루어져 있다. 이런 생물체의 매커니즘이 지닌 모호함을 표현하고 분석 및 예측을 하기 위해서 컴퓨터를 이용해 생물학을 연구하는 생물정보학이 고안되었다.(정혜영, 2018, p1,9) 생물정보학은 통계학과 컴퓨터 시스템을 이용해 생물학 분야를 연구하는 학문을 뜻하며 축적된 생물학적 데이터를 컴퓨터를 이용해 처리한다. 주로 DNA 서열 분석이나 RNA, 단백질 발현 분석에 사용되며 방대한 양의 데이터베이스를 컴퓨터로 처리하기 위해서는 알고리즘이 요구된다.(네이버 지식백과 – 생물정보학)이번 실험에서는 데이터 해석을 목표로 고안된 알고리즘 중 BLAST와 EMBOSS Needle을 이용해 주어진 아미노산 서열을 분석하고자 한다.BLAST는 서열이 연관되어 있는 방식을 토대로 하는 추측을 포함한 휴리스틱 알고리즘으로, 아미노산 서열이나 DNA 염기서열과 같은 생물학적 서열 정보를 비교할 때 사용된다. 우선, BLAST 알고리즘의 첫 번째 단계는 질의(query)를 특정 길이의 짧은 단어로 나누는 것이다. 그 후 질의 서열과 일치될 가능성이 높은 후보들을 추출한 후, 후보를 서열과 비교한다. (정인선,2006, p5) 구성한 단어조합(후보)들과 같은 서열이 발견되면 양방향으로 유사성 검색을 확장해간다. 이 때 서열의 공백은 허용하지 않는다. 확장해 가는 도중 최대치 값보다 일정값 이상 차이가 나는 경우에 확장을 중단하고 이를 최대 서열 쌍(MSP)으로 저장한다. 이렇게 저장한 값을 정렬하고 통계치를 계산하는 것이 BLAST 알고리즘이다. (정인선,2011, p23-26) 이번 실험에서는 BLAST 알고리즘을 이2,p2) BLOSUM을 통해 얻어진 점수를 바탕으로 EMBOSS Needle은 아미노산 서열 정렬결과를 나타낸다. 이 때 점수가 높을수록 두 서열간이 유사성이 높다는 것을 의미한다. 이번 실험에서는 Human-SARS-CoV-2와 가장 유사한 아미노산 서열을 가진 바이러스가 주어진 바이러스 중 무엇인지 확인하고자 한다.실험재료컴퓨터(BLAST와 EMBOSS Needle 알고리즘 이용), 동정되지 않은 DNA 및 단백질 서열, 특정 바이러스의 DNA 서열실험방법BLAST 실습과제BLAST 사이트 : HYPERLINK "https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi" https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi 에 접속한다.[사진1]사이트의 첫번째 창에서 추어진 자료가 DNA 서열의 경우 Nucleotide BLAST, 단백질 서열일 경우에는 Protein BLAST를 클릭한다.Enter accession number(s), gi(s), or FASTA sequence(s) 아래 칸에 동정하고 싶은 유전자서열을 입력한 후 BLAST버튼을 클릭한다.만약, BLAST에 실패한 경우 아래 사진과 같이 ‘No significant similarity found.’라는 말이 적힌 창이 뜬다.[사진 2]4번과 같은 경우가 발생했다면 이전의 화면으로 돌아가 BLAST버튼 밑에 Algorithm parameters를 클릭해 BLAST옵션을 바꾼다.Word size의 값을 고정된 값인 28에서 16으로 바꾼 후 다시 BLAST버튼을 클릭한다.BLAST가 진행될 경우 아래 사진과 같이 결과를 확인할 수 있다. (실험 실습자료에서 주어진 염기서열은 5개이므로 염기서열을 바꿔가며 위의 순서를 5번 반복한다.)[사진 3]EMBOSS Needle 실습 과제EMBOSS Needle : Hyperlink "https://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/" https://www.ebi.ac.uk/Too장 유사한 아미노산 서열을 가진 바이러스 후보로 4가지가 주어졌으므로 위의 순서를 4번 반복한다.)5. 실험결과1) BLAST 실습과제① DNA 및 단백질 서열TTCTGTCTATGCATGGGAGAGAAAAAAAATTTCTAATTGTGTT동정사스 (SARS coronavirus)② DNA 및 단백질 서열GTCTTCTATGCGCACGTCAACATCTAAAAGATGGCACTTGTG동정우한 코로나바이러스(Severe acute respiratory syndrome coronavirus)③ DNA 및 단백질 서열GACGTGCTAGTGCGTGGCTTCGGGGACTCTGTGGAAGAGGCCCTATC동정사스 (Coronavirus BtRs-BetaCoV, SARS coronavirus, Bat SARS)④ DNA 및 단백질 서열CTCAAGGGTTGGAGACTCCATTGTTACAGCCTGTACTGGCTCTTGG동정메르스 (Middle East respiratory syndrome-related coronavirus)⑤ DNA 및 단백질 서열NCYFPLNSYGFQYTTG동정동정되지 않음. 우한/사스 (SARS-CoV-2, SARS coronavirus)위의 표는 BLAST 알고리즘을 이용해 자료의 DNA 및 단백질 서열을 동정한 결과를 정리한 표이며 실험결과, ①,②,③,④는 하나의 바이러스로 동정되었지만 ⑤은 하나의 바이러스로 동정되지 않았다.③의 경우 Coronavirus BtRs-BetaCoV, SARS coronavirus, Bat SARS와 유사성을 띤 것으로 나왔으며 Bat SARS와 Coronavirus BtRs-BetaCoV는 2003년 사스 전염병의 기원에 대한 연구결과로 나온 박쥐중급성호흡기증후군 코로나바이러스의 일부이므로 ③은 사스로 동정된다는 것을 알 수 있다.(Hu Ben,2017,p2)⑤의 경우 우한 코로나바이러스(SARS-CoV-2)와 91.67%, 사스(SARS coronavirus)와 80.00% 유사했으며 하나의 바이러스로 동정되지 않음을 알 수SARS-CoV-related69.5%, 262.069.5%, 178.067.8%, 192.0위의 표는 EMBOSS Needle 알고리즘을 이용하여 BLOSUM Matrix 옵션을 변경함에 따라 나온 Simiarlity와 Score를 정리한 표이다.실험결과, Human-SARS-CoV-2와 가장 유사한 아미노산 서열을 가진 바이러스는 Pangolin(천산갑)-CoV임을 알 수 있다. 이는 Human-SARS-CoV-2와 Pangolin(천산갑)-CoV의 DNA 및 단백질 서열을 입력했을 때 BLOSUM62를 기준으로 한다면 Simiarlity는 98.8%, Score는 325.0으로 가장 높게 나왔기 때문이다. 또한, 다른 BLOSUM Matrix 에서도 가장 높은 유사성을 띠는 것을 보아 Pangolin(천산갑)-CoV가 Human-SARS-CoV-2와 가장 유사한 아미노산 서열을 가진 바이러스임을 알 수 있다.유사성을 비교하는 BLOSUM matrix를 기본 옵션인 BLOSUM62가 아닌 BLOSUM90과 BLOSUM30으로 바꿨을 때 결과는 약간의 변화는 있지만 크게 차이가 없다. BLOSUM62는 62%의 서열 동일성을 가진 다중 서열 정렬에서 아미노산들의 치환을 계산해 내서 만든 것이며 BLOSUM Matrix의 숫자가 작아질수록 서열의 퍼센트 동일성이 낮다는 것을 의미한다.6. 결과요약1) BLAST 실습과제①은 사스,②은 우한 코로나바이러스,③은 사스,④은 메르스로 동정되었고 ⑤은 하나의 바이러스로 동정되지 않았다. ⑤의 경우 우한 코로나 바이러스와 사스 바이러스, 2종으로 동정되었다.2) EMBOSS Needle 실습 과제Human-SARS-CoV-2와 가장 유사한 아미노산 서열을 가진 바이러스는 Pangolin(천산갑)-CoV이며 유사성을 비교하는 BLOSUM matrix를 기본 옵션인 BLOSUM62가 아닌 BLOSUM90과 BLOSUM30으로 바꿨을 때 결과는 크게 차이가 없다.7. 의의생물정보학의 등장으로 축적된 생물학적 데이터를 해석하는 서열을 분석하는 실험이 새로운 신약개발 등 미래산업에 유용하게 쓰이는 자료가 될 것으로 기대한다.8. 제한점알고리즘에서 유사성을 나타내기 위해 각 염기서열의 일치, 불일치만 검사하고 있기 때문에 생물학적, 진화적 특성들이 제대로 반영되지 못하고 있다. 염기서열 간의 유사성은 높지만 생물학적 관련성이 낮거나 염기서열 간의 유사성은 낮지만 생물학적 관련성이 높은 유전자들을 찾지 못하는 경우가 존재한다. (정인선,2011, p63)9. 참고문헌- 정혜영, 2018, 의학 진단 및 생물 정보학 분야에서 퍼지 접근법의 적용에 관한 연구, 한국데이터정보과학회지 제29권 제6호, p1,9- 네이버 지식백과 생물정보학 Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5569099&cid=61233&categoryId=61233" https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5569099&cid=61233&categoryId=61233- 정인선, 2006, DNA 염기들의 출현 빈도와 위치 정보를 이용한 효율적인 유사성 검색 알고리즘, 전남대학교 대학원 석사학위논문, p5- 정인선, 2011, DNA 염기서열의 유사성 검색을 위한 효율적인 알고리즘, 전남대학교 대학원, 박사학위논문, p23-26, p63- 유영기,2012, 단백질 블록과 아미노산 물리화학적 성질의 주성분 분석에 기초한 새로운 치환 행렬 개발 = A new substitution matrix based on protein blocks and physicochemical properties of amino acids through PCA, 한동대학교 대학원 석사학위논문, p2- Hu, Ben1,Zeng, Lei-Ping1,Yang, Xing-Lou1,Ge, Xing-Yi1,Zhang, Wei1,Li, Bei1,Xie, Jia-Zheng1,Shen, Xu-Rui1,Zhang, Yun-Zhi2,3,Wang, Ning1,Luo, Dong-Sheng

자연과학| 2020.11.25| 8페이지| 1,000원| 조회(320)

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