Single-point Microfluidic Contactless Conductivity Detection for Quantitative, Multi-species, Isoelectric-focusing Protein Analysis

최민강 Graduate School, Myongji University 2019 국내석사

정량, 다종, 다종 다양성을위한 단일 포인트 마이크로 유체 비접촉 전도도 검출 등전위 포커싱 단백질 분석 민항 차우 기계 공학과 명지대 학교 대학원 김도현 교수 Keywords: Microfluidic isoelectric focusing, Protein analysis, Multiple proteins analysis, Quantitative analysis, Capacitively-coupled-contactless-conductivity-detection Microfluidic isoelectric focusing (MIEF)은 등전점 (pIs)의 차이에 따라 단백질을 분리하는 데 널리 사용됩니다. MIEF는 분석 시간이 단축되고 시료, 폐기물 및 전력 소모가 적어 기존의 모세관 IEF에 비해 장점이 있습니다. 광 검출 기반의 MIEF는 전반적인 무겁고 복잡하며 값 비싼 계측 및 시간 소모적 인 형광 라벨링 과정을 필요로하기 때문에 POC (point-of-care) 진단 장치와 같은 휴대용 분석 장비에는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한, 전체 - 열 검출은 분석 대상 물질에 대해 높은 시간적 및 공간적 정보를 산출 할 수 있지만 전동 스테이지를 포함하여 값 비싼 계측기를 희생해야합니다. 대조적으로, 용량 성으로 결합 된 비접촉 전도도 검출 (C4D)은 전자 기기 전용 계측에 의존하며, 이는 전체 분석 시스템의 소형화에 이상적입니다. 또한, 검출 전극과 전해질 용액 사이에는 직접적인 접촉이 없다. 따라서, 전기 화학 부산물로부터 표본 오염을 피할 수있다. 또한, 칩의 외부 표면에 전극을 배치하거나 칩 표면에 외부 전극을 클램핑 할 수 있기 때문에 마이크로 유체 칩의 제조 공정을 크게 단순화 할 수 있습니다. 이 연구에서 MIEF와 C4D에 기초한 단백질 분석 분석법이 개발되어 시연되었습니다. 이 MIEF-C4D 분석은 두 저장소 사이의 정수압의 차이를 기반으로 간단한 동원 방법을 사용했습니다. 첫째, 담체 화 동안 담체 - 양쪽 성 물질 기반 pH 구배의 안정성이 연구되었다. 그 결과 pH 구배는 동원시 안정적이었다. 둘째, 동시 C4D 검출에 의해 C4D 신호가 확인되었고, 집중 검출 된 단백질 밴드에 대하여 형광 검출이 이용되었다. C4D 신호를 확인한 후, 녹색 형광 단백질 (GFP)에 대한 정량 분석을 수행 하였다. 정량 분석에서, GFP 농도에 대한 응답으로서 신호 피크 높이가 발견되었고, C4D 신호와 GFP 농도 사이의 선형 관계가 얻어졌다. 마지막으로, R-Phycoerythrin (R-PE) isoforms의 검출은 MIEF-C4D 분석에 의해 성공적으로 증명되었다. MEEF-C4D 분석은 전자 제품 전용 계측 및 라벨링 과정이 필요 없기 때문에 진단 응용 분야 및 표적 프로테오믹스 연구를위한 저렴하고 휴대 가능하며 라벨이없는 단백질 분석 시스템으로 이어질 수 있습니다. Abstract of Dissertation Single-point Microfluidic Contactless Conductivity Detection for Quantitative, Multi-species, Isoelectric-focusing Protein Analysis Minh Khang Chau Department of Mechanical Engineering Graduate School, Myongji University Directed by Professor Dohyun Kim Keywords: Microfluidic isoelectric focusing, Protein analysis, Multiple proteins analysis, Quantitative analysis, Capacitively-coupled-contactless-conductivity-detection Microfluidic isoelectric focusing (MIEF) is widely used for separation of proteins based on differences in their isoelectric points (pIs). MIEF has advantages over conventional capillary IEF, including faster analysis time, and lower sample, waste, and power consumption. Optical detection-based MIEF may not be suitable for portable analytical instruments such as point-of-care (COC) diagnostic devices as it requires overall hefty, complicated, costly instrumentation, and time-consuming fluorescence-labeling process. In addition, whole-column detection may yield high temporal and spatial information on analytes but at the cost of expensive instrumentation including a motorized stage. In contrast, capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D) relies on electronics-only instrumentation, which is ideal for miniaturization of the overall analysis system. In addition, there is no direct contact between detection electrodes and an electrolyte solution. Thus, sample contamination from electrochemical by-products can be avoided. In addition, the fabrication process of the microfluidic chip can be greatly simplified as electrodes can be placed on the outside surface of the chip or external electrodes can be clamped on the chip surface. In this work, a protein analysis assay based on MIEF and C4D has been developed and demonstrated. This MIEF-C4D assay used a simple mobilization method based on the difference in hydrostatic pressure between two reservoirs. First, the stability of carrier-ampholyte-based pH gradient during the mobilization was studied. The result showed that the pH gradient was stable under the mobilization. Second, C4D signal was confirmed by concurrent C4D detection and fluorescence detection was utilized for a focused-protein band. After confirmation of C4D signal, the quantitative analysis for green fluorescence protein (GFP) was carried out. In the quantitative analysis, the signal-peak height was found as the response to the GFP concentration, and a linear relation between C4D signal and GFP concentration was obtained. Lastly, detection of R-Phycoerythrin (R-PE) isoforms was successfully demonstrated by the MIEF-C4D assay. The MIEF-C4D assay, relying on electronics-only instrumentation and no labeling process, may lead to an affordable, portable, and labeling-free protein analysis system for diagnostic applications as well as targeted proteomics research.

Biochemical characterization of alpha-neoagarooligosaccharide hydrolases from Gayadomonas joobiniege G7

Asghar,Sajida Graduate School, Myongji University 2018 국내박사

Gayadomonas joobiniege G7 균주의 알파 네오아가로올리고사카라이드 하이드로레이즈 효소에 관한 분자생화학적 연구 사지다 아스가 명지대학교 대학원 생명과학정보학과 지도교수 홍순광 해양에서 매우 풍부한 바이오 매스는 홍조류 (Rhodophyta)의 세포벽에서 중요한 구성 성분인 한천이며 주요 갈락탄 탄수화물입니다. 미생물은 해양 바이오 매스의 분해 및 재활용을 위해 분비되는 agarolytic 효소 때문에 전 세계 탄소 순환에서 중요한 역할을 합니다. 가장 잘 알려진 미생물의 agarolytic 경로는 다양한 경우에서 β-(1,4) glycosidic linkages(d-Gal-β(1,4)-AHG)를 파괴하는 β-agarases(EC 3.2.1.81)를 이용한다. 생성된 neoagarooligossaccharides는 α-neoagarobiose(O-3,6-anhydro-alpha-L-galactopyranosyl-(1,3)-D-galactose)를 α-neoagarobiose (NABH) / NAOS 가수 분해 효소로 변환시킴으로써 agarolytic pathway에서 필수적이고 중요한 효소인 fermentable monosaccharides (D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactose)로 전환시킵니다. AOSs, NAOSs, Neoagarobiose (NAB), AHG와 같은 한천의 당류는 항염증제, prebiotics, 미백, 보습 및 항우울증과 같은 다양한 생리 활성을 가지고 있습니다. Gayadomonas joobiniege G7은 가야 (Gaya) 섬의 연안 해수 시료에서 발견 된 새로운 속 (genus)에 속하는 한천 분해성 해양 박테리아입니다. 이는 그람 음성으로 막대 모양이고 호기성이며 비 운동성 및 색소가 없습니다. 그것은 황화 조류 다당류의 완전한 파괴에 중요한 가수 분해 효소를 암호화하는 많은 유전자를 가지고 있으며 바이오 연료 생산을 위한 바이오 자원으로 간주됩니다. 그래서 본 연구에서 3개의 α-NABH/NAOS 유전자(ahg558, ahg786, ahg943)를 연구했습니다. Ahg558은 glycosyhydrolase로 유전자 길이가 1080bp이고, 이론적인 mol의 무게는 40.84k Da입니다. 이것은 또한 다른 종의 특징적인 α-NABH / NAOS 유전자와 높은 상동성을 보였습니다. 이런 특징들을 연구하기 위해, 유전자를 pET28a(+) 벡터에 클로닝하고 대장균 ER2566 균주에서 발현시켰습니다. 발현된 단백질은 TALON 레진으로 용해되고 정제했습니다. 이렇게 정제된 단백질은 neoagarobiose, neoagarotetraose 및 neoagarohexaose를 가수 분해 했습니다. 이것은 0.2% 아가로오스에서는 비활성 상태를 유지했습니다. 그리고 neoagrobiose와 함께 밤새 배양하면 D-Galactose와 3,6 AHG가 생성됩니다. 그것은 또한 3,6 AHG와 agarotriose와 neoagarohexaose를 생산하는 neoagarotetraose를 분해시켰으며 3,6 AHG와 agaropentaose를 생성하는 것으로 보아 exo-acting alpha-neoagarobiose hydrolase임을 확인했습니다. pH 9.0 (Glycine-NaOH) 및 30 ℃의 알칼리성 범위에서 최대 활성을 보였습니다. 겔 침투 크로마토그래피는 이를 2량체로 나타냈고, Km 및 Vmax 값은 각각 2.6mg/ml 및 2x103μM/min이었습니다. 금속 이온 효과를 위해 처리 하였을 때는 1mM Mn2⁺이온에 대해 161%의 활성을 보였고, EDTA는 최종 농도 0.5mM 및 5Mm에서 효소 활성에 강하게 영향을 미쳤습니다. 두 번째 유전자 인 ahg786은 Gayadomonas joobiniege G7 게놈 데이터에서 보고되었으며, glycosyl hydrolase로 해석이 되었습니다. 다른 종의 특징적인 α-NABH / NAOS 유전자와 높은 상동성을 보였고, 그것은 pET28a(+) 벡터에 클로닝하여 N-말단에 his-tag를 갖는 대장균 균주 로제타 가미 (Rosetta gami)에서 발현시켰습니다. 그것에는 (1-25 아미노산) 신호 펩티드가 있습니다. 과발현된 수용성 단백질은 TALON 레진 크로마토그래피로 정제하였습니다. neoagarobiose, neoagarotetraose 및 neoagarohexaose와 D-Galactose, agarotriose 및 agaropemtaose등의 다른 가수 분해 생성물은 모두 공통적으로 가수 분해 생성물 3,6 AHG를 생산했습니다. 또한 이 작용 방식으로 그것이 α-NABH/NAOS 가수 분해 효소임을 확인했습니다. 최적 온도와 pH는 각각 15 ℃와 7.0이고, Km 및 Vmax 값은 1.46mg/ml 및 133.33μM/min입니다. 그 활성은 최종 농도 5mM에서 EDTA에 의해 강력하게 영향을 받았고, 1mM Mn2⁺이온은 촉매 활성을 증가시켰습니다. 겔 침투 크로마토그래피는 이것을 2량체로 나타냈습니다. 세 번째 유전자 ahg943은 Gayadomonas joobiniege G7의 가설적인 단백질입니다. 유전자의 길이는 1272bp이고 423개의 아미노산을 가지고 있고, mol의 무게는 47.96kDa입니다. Saccharophagus degradans 2-40 및 Zobellia galactanivorans와 각각 36% 및 40%의 동일성을 보였으며, 각각 α-NABH를 가지는 특징을 보였습니다. 이를 pET28a(+) 벡터에 클로닝시키고, N-말단에 his-tag를 갖는 E.coli 균주 ER2566에서 발현시켰습니다. 그것은 (1-22 아미노산) 신호 펩타이드를 가지고 있고, 과발현된 수용성 단백질은 TALON resin 크로마토그래피로 정제하였습니다. 레진에 결합하지 않고 흘러 손실된 대부분의 단백질은 레진에 histag가 없어서 발생할 수 있습니다. 특성화 연구를 통해 최대 단백질을 얻기 위해, 수용성 단백질을 최종 농도 2M urea로 처리하였습니다. 모든 단백질들은 2M의 urea를 처리 한 후에 레진에 결합한다. 초기 TLC에서는 가수 분해된 기질이 보여지는 것처럼 neoagarobiose에 대한 약한 활성을 보였습니다. 그러나 neoagarotetraose와 neoagarohexaose에 대해서는 완전한 분해가 나타납니다. Neoagarobiose, Neoagarotetraose 및 Neoagarohexaose와 D-Galactose, agarotriose 및 agaropentaose와 같은 다른 가수 분해 생성물은 모두 공통적으로 가수 분해 생성물 3,6 AHG를 생산했습니다. 이로써 그것이 α-NABH / NAOS 가수 분해 효소임을 확인할 수 있었고, 최적 온도 및 pH는 각각 30 ℃ 및 6.0이었습니다. 그러나 이 단백질의 특성을 평가하기에는 값이 너무 작았습니다. 아마도 이 단백질은 특성화된 단백질이 가지는 다양한 아미노산 서열이 일부 아미노산 잔기에서 다른 점을 보이기 때문에 약한 단백질일수 있습니다. Key words: Gayadomonas joobiniege G7, 알파네오아가로바이오스 하이드롤레이즈, Glycoside hydrolase family 117 Biochemical characterization of alpha-neoagarooligosaccharide hydrolases from Gayadomonas joobiniege G7 Sajida Asghar Graduate School, Myongji University Department of Biological Sciences Advisor Hong Soon-Kwang The highly abundant biomass in ocean is agar, major constituent in the cell wall of red algae (Rhodophyta) and is main galactan carbohydrate. Microorganisms play an important role in global carbon cycle because of agrolytic enzymes which they secrete for degradation and recycling of marine biomass. The most well-known microbial agarolytic pathway utilizes β-agarases (EC 3.2.1.81) which break β-(1,4) glycosidic linkages (D-Gal-β(1,4)-AHG) in various modes. The resulting neoagarooligossaccharides are degraded by α-neoagarobiose (NABH)/NAOS hydrolase, which is an essential and crucial enzyme in agarolytic pathway as it converts α-neoagarobiose (O-3,6-anhydro-alpha-L-galactopyranosyl-(1,3)-D-galactose) into fermentable monosaccharides (D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactose). Gayadomonas joobiniege G7 is an agar-degrading marine bacterium belonging to a novel genus identified from coastal sea water sample from Gaya Island, Korea. It is Gram-negative, rod shaped, aerobic, non-motile, and non-pigmented. It has many genes encoding hydrolytic enzymes important for complete breakdown of sulfated algal polysaccharides, and considered as a bioresource for biofuel production. The current study has focused three α-NAOS genes (ahg558, ahg786, ahg943) which belongs to GH 117 family. Ahg558 is a glycosyhydrolase, having gene length of 1080bp. Theoretical mol.we- ight is 40.84k Da. It showed high homology with characterized α-NABH/NAOS genes from other species. For the characterization studies, the gene was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain ER2566. The expressed protein was soluble and purified by TALON-resin. The purified protein hydrolyzed neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose. It remained non-active on 0.2%agarose. It produced D-Galactose and L-AHG when incubated overnight with neoagrobiose. It also degraded neoagarotetraose producing L-AHG and agarotriose and neoagarohexaose and produced L-AHG and agaropentaose confirming it to be an exo-acting α-NAOS hydrolase. It showed maximum activity in alkaline range in pH 9.0 and at 30°C. Gel permeation chromatography showed it to be a dimer. Km and Vmax values were 2.6 mg/ml (8.01mM) and 2x103 µM/min (133.33U/mg) respectively. When treated for metal ions effect, it showed 161% of activity for 1mM Mn2+ions. EDTA strongly affected the enzyme activity at 0.5mM and 5mM final concentration. The second gene ahg786 was reported from Gayadomonas joobiniege G7 genomic data and annotated as a putative glycosyl hydrolase. It showed high homology with characterized α-NABH/NAOS genes from other species. It was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain Rosetta gami having N-terminal histag. It has a (1-25 amino acid) signal peptide. Soluble overexpressed protein was purified by TALON resin chromatography. One common hydrolysis product L-AHG was obtained for substrates neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose and other hydrolysis products as D-Galactose, agarotriose and agaropemtaose for neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose respectively. This mode of action also confirmed it to be a α-NAOS hydrolase. Optimum temperature and pH were 15°C and 7.0 respectively. Km and Vmax values were 1.46mg/ml(4.5mM) and 133.33 µM/min(1.33U/mg). Its activity was severely affected by EDTA at 5mM final concentration. 1mM Mn2+ions increased catalytic activity. Gel permeation chromatography showed it to be a dimer. The third gene ahg943 is a hypothetical protein from Gayadomonas joobiniege G7. The gene length is 1272 bp and having 423 amino acids. Calculated mol.weight is 47.96k Da. It showed 36% and 40% identity with Saccharophagus degradans 2-40 and Zobellia galactanivorans respectively which are characterized α-NABH. It was cloned in pET28a(+) vector and expressed in E.coli strain ER2566 having N-terminal histag. It has a (1-22 amino acid) signal peptide. Soluble overexpressed protein was purified by TALON resin chromatography. Most of the protein lost in flow through without binding to the resin, may be due to inaccess of His-tag to resin. In order to get maximum protein for characterization studies, soluble protein was treated with 2M urea final concentration. All protein was bound to the resin after 2 M urea treatment. Initial TLC studies showed its weak activity towards neoagarobiose. Neoagarotetraose and neoagarohexaose were completely degraded. One common hydrolysis product L- AHG was obtained for substrates neoagarobiose, neoagarotetraose and neoagarohexaose and other hydrolysis products as D-Galactose, agarotriose and agaropentaose respectively. This mode of action also confirmed it to be a α-NAOS hydrolase. But the values at A540nm for neoagarobiose as substrate were too less to characterize this protein fully. Gel permeation chromatography showed that Ahg943 to be a monomer, this monomeric form is unique as other reported and characterized α-NABH/NAOS until now are dimer as they have unexpected swapping of the HTH domain which is responsible for the dimerization of enzyme. RB13146 from R. baltica is likely a monomer and may represent an ‘ancestral’ form of the GH117 family which would be limited to the b-propeller, catalytic domain.It is presumed that may be Ahg943 belong to ancestral family of GH117 due monomeric nature. Further protein crystallization studies are required to investigate the catalaytic domain of Ahg943. Key words: Gayadomonas joobiniege G7, α-NAOS hydrolases α-Neoagarobiose Hydrolase, Glycoside hydrolase family 117  

A Study on CO2 Capture Behavior of MgO-Al2O3 Mixed Metal Oxides

Jeon Hyeongbin Graduate School, Myongji University 2019 국내석사

CO2 concentration is increasing due to continuous industrial activities, and there is great interest in the mitigation of global warming. MgO as adsorbent has a disadvantage in that it has a high CO2 adsorption capacity but large lattice energy and slow sorption kinetics. Recently, however, eutectic Mixture (EM) has been found to separate MgO into Mg2 + and O2-, and it has been confirmed that it can improve the CO2 adsorption performance. However, the EM-MgO sorbent underwent structural deformation during the adsorption-regeneration process, resulting in reduced CO2 adsorption capacity. For this reason, EM-MgO-Al2O3 composites with improved stability were synthesized using Al2O3 as support. The optimal Mg / Al ratio was obtained by analyzing CO2 adsorption performance and stability according to Mg / Al ratio. In-situ Transmission Electron Microscopy (TEM) was also used to explain the adsorption phenomenon. During CO2 adsorption, the MgCO3 nanorod form was found to form from the gas-solid interface of EM-MgO-Al2O3. This formation mechanism was different from that of pure MgO and conventional EM-MgO adsorbents, indicating that the Al2O3 influenced the sorption process. From these results, it is possible to propose an effective scheme for CO2 adsorption mechanism of EM-MgO-Al2O3. 지속적인 산업활동으로 인해 이산화탄소 농도가 증가하고 있으며, 지구온난화 위기에 대하여 큰 관심이 모여지고 있다. CO2 흡착제로서 MgO는 우수한 CO2 흡착 용량을 가지고 있지만 격자 에너지가 크고 반응 속도가 느리다는 단점을 가지고 있다. 하지만 최근에 공융혼합물(Eutectic Mixture, EM)은 MgO를 Mg2+ 및 O2-로 분리시키는 것으로 밝혀졌으며, 이를 통해 CO2 흡착 성능을 향상 시킬수 있음이 확인되었다. 그러나 EM-MgO 복합체는 흡착-재생 공정 동안 구조적 변형으로 CO2 흡착 능력이 감소되었다. 이러한 이유로 Al2O3를 지지체로 사용하여 안정성이 향상된 EM-MgO-Al2O3 복합체를 합성하였으며, Mg/Al 비율에 따른 CO2 흡착 성능 및 안정성을 분석하여 최적의 Mg/Al 비를 확인하였다. 흡착 현상을 설명하기 위해 In-situ Transmission Electron Microscopy(TEM)을 사용하였고 CO2 흡착 중에 EM-MgO-Al2O3의 기체-고체 계면으로부터 나노로드 형태의 MgCO3가 형성되는 것을 발견했다. 이 변화는 순수한 MgO 및 EM-MgO 흡착제와는 다른 반응으로, Al2O3 지지체의 효과로 보여질 수 있다. 이 결과로부터 EM-MgO-Al2O3의 CO2 흡착 메커니즘의 scheme을 제안 할 수 있었다

High-performance Hardware Implementation of Orthogonal Matching Pursuit Algorithm for Compressive Sensing Reconstruction

QUAN, NGUYEN VU QUAN Graduate School, Myongji University 2018 국내석사

Compressive sensing (CS) is perceived as a breakthrough in sampling theory, as it proves that sparse signals can be reconstructed from fewer samples than required by the Shannon-Nyquist theorem. In recent years, compressive sensing has widely been used for the various applications to enhance transformative processes and reduce power consumption. However, CS can hardly be applied to real-time applications because reconstruction algorithms are computationally demanding. To tackle this problem, new high-speed architectures are proposed for the implementation of the orthogonal matching pursuit (OMP) algorithm, which is one of the most popular algorithms for CS reconstruction. The proposed design, which includes a newly designed pipeline architecture and scheduling algorithm, offers a very high throughput. Least-square problem solver, which requires a huge amount of computation in OMP, is implemented by using systolic arrays with four new processing elements. In addition, distributed-arithmetic-based and sum-of-product-based matrix multiplication units are proposed to reduce the area overhead caused by the multi-stage pipelining. The synthesis results show that the proposed design provides a reconstruction time that is nearly 19 times faster and has only a 1.06 times larger area overhead than the existing design for a signal with N = 256, M = 64, and K = 16, where N is the size of the original signal, M is the measurement vector size, and K is the sparsity level. Shannon-Nyquist 정리란, 원신호의 가장 높은 주파수보다 2배 이상의 주파수로 샘플링을 수행하여야만 샘플링된 신호로부터 원신호를 완벽히 복원할 수 있다는 이론이다. 그러나, 압축센싱 이론의 발표로 인해, 희소 신호 (sparse signal)의 경우 이보다 훨씬 적은 수의 샘플로도 원신호를 완벽히 복원할 수 있음이 증명되었으며, 이는 샘플링 이론에 있어 획기적인 알고리즘으로 인식되고 있다. 특히, 신호의 트랜스폼 성능을 향상시키거나 전력 소비를 줄이기 위한 방법으로 최근 압축센싱 이론이 널리 사용되고 있다. 그러나 압축센싱은, 복원 과정에 있어, 상당히 높은 계산량을 요구하기 때문에, 실시간 응용 분야에는 적용하기가 어렵다는 단점이 있다. 본 학위논문에서는, 압축센싱의 복원알고리즘으로서 가장 널리 사용되는 알고리즘인 직교정합추적 (OMP: orthogonal matching pursuit)의 고속 아키텍쳐를 제안함으로써 이러한 속도 문제를 해결하고자 한다. 특히, 제안하는 구조에서는 새로운 파이프라인 아키텍쳐와 스케쥴링 알고리즘을 적용함으로써, 매우 향상된 쓰루풋을 제공할 수 있다. 특히, OMP에서 가장 큰 계산량을 요구하는 부분인 최소제곱법 (Least-squares)의 계산을 위해, 4개의 새로운 프로세싱 요소 (processing element)로 구성된 시스톨릭 어레이를 제안한다. 또한 다단계 (multi-stage) 파이프라이닝의 적용으로 인해 증가되는 회로의 크기를 최소화하기 위해 분산산술 (distributed-arithmetic)과 곱의합 (sum-of-product) 기반의 행렬 곱셈기를 제안한다. 제안하는 설계의 우수성을 증명하기 위해, 기존의 설계와 제안하는 설계를 Verilog 하드웨어 언어로 기술한 후 합성 (synthesis)을 수행함으로써 설계 면적과 속도를 추정할 수 있었다. 합성 결과로부터, N = 256, M = 64 및 K = 16의 경우 (N: 원신호의 크기, M: 측정 벡터의 크기, K: 희소성 수준) 제안하는 구조는 기존의 구조에 비해 면적에서 약 1.06배 증가하였으나, 처리 속도에서 약 19배의 복원속도 증가를 가져올 수 있음을 확인하였다.

Discovery of Anti-tuberculosis Drug Candidates Targeting Mycobacterium Tuberculosis ClpC1 Through Cell-free In-vitro Assay

Nguyen Minh Duc Graduate School, Myongji University 2019 국내박사

결핵은 인류 역사 내내 인류에서 피해를 주고 있는 질병으로서 현재에도 년간 결핵환자가 8-9백만명이 발생하고 2백만명이 죽는 매우 위험한 질병이다. 최근 전세계적으로 결핵에 대한 유병율이 증가하고 있는데 그 요인 중 하나가 바로 기존 결핵치료제에 대해 내성을 가진 결핵의 발생이다. 이는 기존 결핵치료제와 약물 기전이 다른 신규 결핵치료제를 개발하여야 해결할 수 있는 문제이며, 본 학위 논문에서는 기존 결핵 치료제 표적 단백질과는 다른 결핵균 ClpC1 단백질을 표적으로 하는 결핵 치료제 후보물질을 선별할 수 있는 cell free in vitro 기법을 개발하고자 하였다. 또한 본 기법은 생물안전등급 4등급에서만 다룰 수 있는 결핵균 없이 생물안전등급 1등급에서 진행할 수 있는 것을 특징으로 한다. 결핵균 ClpC1은 결핵균 내에서 불필요한 단백질을 인식하고 ATP를 사용하면서 불필요한 단백질의 구조를 풀고 단백질 분해활성을 가진 ClpP1/ClpP2 복합체로 전달을 한다. 그렇게 구조가 풀린 불필요한 단백질은 단백질 분해활성을 가진 ClpP1/ClpP2 복합체에 의해 분해가 되어 결핵균 내 단백질 항상성을 유지하게 된다. 따라서 결핵균 ClpC1의 활성을 비정상적으로 유도할 수 있다면 결핵균 내 단백질 항상성은 붕괴되고 불필요한 단백질의 축적으로 인해 결핵균의 사멸을 유도할 수 있게 된다. 위와 같은 가설을 바탕으로 결핵균 유래 ClpC1, ClpP1 과 ClpP2를 대장균에서 분리 정제를 하였으며, ClpC1 기반 ATPase 활성을 측정하는 기법과 ClpC1/ClpP1/ClpP2 복합체 기반 단백질 분해 활성을 측정하는 기법을 개발하고 최적화하였다. 본 연구에서 개발된 기법을 통해 기존 ClpC1을 표적으로 하는 항결핵 후보물질로 알려진 ecumicin과 rufomycin을 적용한 결과, ecumicin은 농도 비례하게 ClpC1 ATPase 활성을 증가시켰으며 rufomycin은 농도 비례하게 ClpC1 ATPase 활성을 감소시켰다. ClpC1/ClpP1/ClpP2 복합체 기반 단백질 분해 활성은 ecumicin 및 rufomycin 농도 비례하게 저해되었다. 이는 ecumicin과 rufomycin이 동일하게 ClpC1을 표적하고 있지만 다른 기작으로 ClpC1과 상호작용한다는 것을 보여주고 있다. 이 후 1,000개의 Prestwick chemical library 중 결핵균 사멸 효과를 보인 19개의 물질을 ClpC1 기반 ATPase 활성을 측정하는 기법과 ClpC1/ClpP1/ClpP2 복합체 기반 단백질 분해 활성을 측정하는 기법에 적용하고 이 중 ClpC1을 표적으로 하는 물질을 탐색하였다. 그 결과, 총 4종의 물질이 ClpC1을 표적할 수 있는 물질로 분석되었다. 나아가 실제 4종의 물질이 ClpC1과 어떻게 상호작용을 하는지 탐색하기 위해서 in silico docking simulation 을 통해 분석하였다. 그 결과, 4종의 물질 모두 N-terminal ClpC1을 표적하는 것으로 확인되었으며 4종의 물질이 공통적으로 결합하는 아미노산은 26번째 아스파라긴과 27번째 티로신으로 분석되었다. 종합하면, 본 학위논문 연구를 통해서 결핵균 ClpC1을 표적으로 하는 cell free in vitro 기법을 개발하였으며 신규 항결핵 후보물질 4종을 발견하였다. 또한 in silico docking simulation을 통해 ClpC1에 특이적으로 결합하는 부위를 발견함으로써 ClpC1 표적 항결핵 후보물질을 합리적으로 디자인할 수 있는 과학적 근거를 마련할 수 있었다. Tuberculosis has been with humans for a long time, a disease that should have only belonged to the past but is still growing today. Despite all efforts of humans to prevent and control of tuberculosis, it still affects 8 - 9 million new TB cases and 2 million people died from the disease annually. The global TB rate continues to increase by 1 % per year with the widespread of drug-resistant TB. Therefore, the development and research to find new anti-TB drugs are becoming an extremely urgent mission. Our studies will focus on research and development the high throughput anti-tuberculosis drugs screening system, especially for in-vitro active with specific target protein of Mycobacterium tuberculosis, ClpC1 protein and ClpCP complex. To be able to screen lead anti-tuberculosis drugs, currently, researchers have to carry out directly on the cells of Mycobacterium tuberculosis. Thus, the requirement set out that all of the experiments must be performed in bio-security facilities level 3 or 4, to prevent infection from pathogens. These difficulties posed new challenges for the development of new drugs against Mycobacterium tuberculosis. Based on this reason, the result from our studies demonstrated that could perform the screening of anti-TB drug candidates in bio-security facilities level 1 laboratory with the Escherichia coli cell extract. ClpC1 is a common stress protein which is also involved in the heat-shock protein HSP100 family. Beside, ClpC1 is also an integral part of the Mycobacterium tuberculosis genome. We have focused on the ATP hydrolysis activity of ClpC1 and prevented protein aggregation of ClpC1/ P1/ P2 protein complex to create a specific research direction for the high-throughput anti-tuberculosis drugs screening system. Thus, ClpC1 protein was overexpressed, purified and functionally characterized (93.5 kDa). The steady-state growth of recombinant ClpC1 protein in Luria-Bertani (LB) Broth High Salt medium is maintained and stabilize after extraction. In Mycobacterium tuberculosis, ClpC1 is an ATP-dependent molecular chaperone. Thus, the determination ATPase activity of ClpC1 was carried out by measurement the released phosphate with BIOMOL® GREEN reagent or ADP generated from the reaction in ADP GloTM kinases assay. This activity was not changed significantly and remained the original activity in 10 days after extraction from Escherichia coli. Several potential compounds such as Ecumicin and Rufomycin I were chosen becoming control compounds with expected ATP hydrolysis activities (Vmax = 4983.16 ± 1282.08; 366.96 ± 5.74, Hill coefficient = 1.19 ± 0.217; 1.974 ± 0.810, Kd value = 0.52 ± 0.275; 0.02 ± 0.008 of Ecumicin and Rufomycin I, respectively). Clp proteases are involved in several cellular processes such as degradation of misfolded proteins, regulation of short-lived proteins and housekeeping removal of dysfunctional proteins. To gain proteolytic activity, the ClpP multimer associates with one or two hexameric rings of Clp ATPases, forming the ClpP‐containing proteolytic complex (designated the ClpP protease). Therefore, in parallel with studies on ClpC1, experiments on over-expression, purified and functional characteristics of ClpP1 and ClpP2 were carried out simultaneously, 21.6 kDa and 23.5 kDa, respectively. The proteolysis experiments of the ClpC1/ P1/ P2 complex was carried out based on the degradation of β - Casein or measurement SsrA - eGFP initial degradation. We showed not only the ability of degradation protein substrate of the ClpCP complex but also the significant differences under the effects on protease activity of Ecumicin and Rufomycin I treatment similar to published studies. Finally, we have used this high throughput screening system with three analogues of Ecumicin and ten anti-TB drugs. Also, a Chemical library with more than 1,000 compounds was accepted by the FDA, which has also been screened. Notably, we found 19 potential compounds with a positive effect on ClpC1's ATPase activity and degradation protein substrate of the ClpCP complex. We also analyzed the docking between ClpC1 N-terminal and potential compounds in 3D structure. The results indicated that the presence of two amino acids, Asparagine (ASN26) and Tyrosine (TYR27) have appeared in Hydrogen bonds and Van der Waal bonds which are weak and popular bonds in the intracellular, maybe these amino acids of ClpC1 can contribute binding pocket of the drug. Based on these results, we can build 2D or 3D pharmacopeia models for Pharmacophore-based virtual screening with high-performance computing in the future. Pharmacophore approaches are successful subfields of computer-aided drug design (CADD), which have become one of the essential tools in hit identification, lead optimization, and rational design of novel anti-TB drugs.

Spent Coffee Ground as a New Bulking Agent for Efficient Biodrying of Dewatered Sludge and Combustion Characteristics of Biodried Sludge

Hao Zongdi Graduate School, Myongji University 2018 국내박사

Biodrying has been demonstrated to be an economical pretreatment method of dewatered sludge (DS) for solid recovered fuel (SRF) production. In spite of considerable endeavor and numerous studies on DS biodrying, the combustion characteristics and pollutant emission profiles of the biodried sewage sludge (BDSS) remains unclear. In addition, most studies on DS biodrying obtained biodried product with moisture content (MC) < 50 wt% either with long operational period (2-3 weeks) or low initial MC (55 wt%), which is adverse to the widespread use of DS biodrying. In the view of these progresses, the non-isothermal and isothermal combustion characteristics and pollutant emissions of BDSS were investigated with thermally-dried sewage sludge (TDSS) as a comparison. An accelerated biodrying process with spent coffee ground (SCG) as a bulking agent was proposed in order to obtain low MC biodried product within short operational period. The deep reason and mechanism for the accelerated biodrying, including microorganism evolution, dissolved organic matter (DOM) profiles, organic matter degradation and enzyme activity variations were also investigated. In Chapter 3, 7-Day DS biodrying with air-dried sludge (AS) as a bulking agent removed 49.78% of water, enhancing the lower heating value (LHV) by 37.87%. Meanwhile, C and N contents decreased from 36.25% and 6.12% to 32.06% and 4.82%, respectively. Surface of the BDSS appeared granulated and multi-porous, which was thought to facilitate air transfer during combustion. During thermogravimetric (TG) analysis coupled with mass spectrometer (MS), BDSS had higher combustibility index (S) while lower nitrogenous gas emissions. During isothermal combustion, the average CO and NO concentrations in exit gas from BDSS were lower than those from TDSS, especially at low temperatures (≤800oC). An accelerated DS biodrying process with SCG as a bulking agent was proposed in Chapter 4. The MC rapidly decreased from 68.25 wt% to 46.16 wt% with the highest water removal (70.87%) within 8 days because of the longest high-temperature period (5.8 days), compared to the common biodrying trials with AS and sawdust (SD) as bulking agents. The abundant biodegradable volatile solids (BVS) and high dissolved organic matters (DOM) content in SCG were considered as the main driving forces for water removal. According to pyrosequencing data of Trial C, Firmicutes was rapidly enriched and became the dominant phylum. Three thermophilic genera with thermostable lignocellulose-decomposing capability, Bacillus, Ureibacillus and Thermobifida, became the dominant genera. These results indicated that these thermophilic microorganisms evolved during the long high-temperature period enhanced the biodegradation of BVS in SCG. The 8-day biodried product was demonstrated to be an excellent solid fuel with LHV of 9,284 kJ kg-1, which was 2.1 and 1.8 times those of biodried products with AS and SD, respectively. Furthermore, the changes of general physico-chemical parameters, biodegradation of organic matters and variation of extracellular enzyme activities during accelerated biodrying were investigated and compared to trials with AS and SD as bulking agents in Chapter 5. Different from AS and SD, the abundant biodegradable organic matters especially hemicellulose, lipids and protein in SCG were the main energy source supplied for large amount of metabolic heat production. With intense high-temperature period and high microbial activity in Trial B, SCG had enhanced conversion rate of VS to dissolved organic matter (DOM), and facilitated further degradation of DOM to humic- and fulvic-like substances. Extracellular enzyme activity variations showed that the foremost induced enzyme was mannanase, followed by protease in Trial B. These findings indicated that bulking agents with different organic matter compositions influenced the DS biodrying performance by inducing the extracellular enzymes and affecting the degradation sequence and extent of organic matters. The abundant BVS in SCG was one of the main advantages for accelerating DS biodrying. 생물건조는 고형 재생 연료(Solid Recovered Fuel; SRF) 생산을 위한 탈수슬러지(Dewatered Sludge; DS)의 경제적인 전처리 방법으로 알려져있다. 이러한 탈수슬러지 생물건조에 대한 많은 연구에도 불구하고, 생물건조된 탈수슬러지(Biodried sewage sludge; BDSS)의 연소 특성 및 오염물 배출 특성에 관한연구는 거의 없다. 또한 생물건조 후 50% 미만의 함수율을 갖는 탈수슬러지 생물건조에 관한 대부분의 연구는 오긴 건조 기간 (2~3주)또는 낮은 초기 함수율 (55%)에서만 제한적으로 연구된 바, 광범위하게 적용하기에는 어렵다. 공정의 확정성을 확보하고자, 생물건조된 슬러지의 비등온 및 등온 연소 특성과 오염물 배출 특성을 열건조된 탈수슬러지(Thermally-dried sewage sludge;TDSS)와 비교하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 그리고 짧은 시간 내에 낮은 함수율은 갖는 생물건조 생산물을 얻기 위해, 커피폐기물(Spent Coffee ground; SCG)을 Bulking agent로 이용하여 생물건조 과정을 가속시키는 방법을 제안하였고, 이 때 미생물 천이, 용존 유기물(Dissolved Organic Matter; DOM) 특성, 유기물 분해 및 효소 활성 변화를 통해 가속된 생물건조에서의 메커니즘을 알아보았다. 3장에서는 공기건조된 슬러지를 Bulking agent로 사용한 탈수슬러지 생물건조를 7일간 진행한 결과, 함수율은 초기 함수율 대비 49.78% 제거되었으며, 저위발열량(Lower heating value; LHV)은 37.87% 향상된 것으로 나타났다, 한편, 탄소와 질소의 질량 함량은 각각 36.25%, 6.12%에서 32.06%, 4.82%로 감소하였다. 이는 생물건조된 탈수슬러지 표면이 입자화 및 다중-다공성화됨에 따라 연소 중 공기 전달을 용이하게 하여 나타난 결과로 판단된다. 그리고 질량 분석기(Mass Spectrometer; MS)와 결합된 열중량 분석(Thermogravimetric; TG)을 분석 결과, 생물건조된 탈수슬러지가 질소 가스 배출량이 낮은 반면에 높은 가연성 지수(S)를 갖는 것으로 나타났다. 또한 등온 연소 동안, 생물건조된 탈수슬러지에서 배출된 가스의 평균 CO 및 NO 농도는 열건조된 탈수슬러지의 배출 가스보다 낮았으며, 특히 저온(≤800oC)에서 낮았다. 4장에서는 Bulking agent로 커피폐기물을 이용하여 탈수슬러지 생물건조 가속화가 제안되었다. 그 결과 공기건조된 탈수슬러지와 톱밥을 Bulking agent로 사용하는 일반적인 생물건조 방법와 비교하여, Bulking agent로 커피폐기물을 이용하였을 때 5.8일까지 높은 온도가 유지되어 함수율은 68.25wt%에서 46.16wt%로 급격히 감소하였으며, 특히 70.87%의 수분이 8일이내 제거된 것으로 나타났다. 이는 커피폐기물이 생분해가능한 휘발성 고형물(biodegradable volatile solids; BVS)과 높은 용존 유기물을 다량 함유하고 있어 수분 제거의 원동력이 되었다고 판단된다. 또한 Trial C의 파이로시퀀싱(Pyrosequencing) 데이터에 따르면, Firmicutes는 빠르게 농축되어 우점한 문(Phylum)이 되었으며, Bacillus, Ureibacillus 및 Thermobifida과 같은 내열성의 리니셀룰로오스 분해 능력을 가진 세 개의 호열성 속(Genus)이 우점되었다. 이러한 결과는 장시간의 고온 기간동안 호열성 미생물들이 커피폐기물의 생분해가능한 휘발성 고형물의 생분해를 촉진시켜 나타난 것으로 판단된다. 8일간의 생물건조을 통해 생성된 생산물은 저위발열량이 9,284 kJ/kg으로 우수한 고체 연료이며, 이는 공기건조된 슬러지와 톱밥을 이용한 생물건조 생산물의 저위발열량보다 각각 2.1배, 1.8배 높은 것으로 파악되었다. 5장에서는 가속화된 생물건조 동안 유기물의 생분해와 세포외 효소 활성 변화, 일반적인 물리화학적 수치들의 변화를 공기건조된 슬러지와 톱밥을 이용한 생물건조와 비교하였다. 공기건조된 슬러지와 톱밥과 달리 커피폐기물에는 생분해가능한 유기물, 특히 헤미셀룰로오스, 지질 및 단백질이 풍부하여, 다른 물질에 비해 물질 대사의 열 생산이 많은 것으로 보여졌다. 그리고 Trial B에서 나타난 극도의 고온 기간 및 미생물 활성으로 인해 커피폐기물은 휘발성 고형물에서 용존 유기물로의 전환율을 가속화하였고, 용존 유기물에서 휴믹과 펄빅 같은 물질로의 추가 분해도 용이하게 하였다. 세포외 효소 활성도 변화에 따르면 가장 먼저 유도된 효소는 만나나아제(Mannanase)였으며, Trial B에서는 프로테아제(Protease)가 뒤따르는 것으로 나타났다. 즉은 다른 유기물 조성을 갖는 Bulking agent가 세포외 효소를 유도 및 유기물의 분해 순서 및 정도에 영향을 미침으로써 탈수슬러지 생물건조에 영향을 주는 것으로 판단된다. 따라서 커피폐기물에 포함된 풍부한 생분해가능한 휘발성 고형물을 통해 탈수슬러지 생물건조를 가속화시킬 수 있을 것으로 판단된다.

Information Visualization and Visual Data Mining for E-commerce Applications

Hernandez, Jose Elias Ventura Graduate School, Myongji University 2011 국내석사

전자상거래 응용의 유래된 전자기기의 정보의 풍부함과 더 많은 개인적인 생산과 서비스에 관한 소비자들의 수요 성장은 성공적인 전자상거래의 플랫폼을 성장시키기 위한 통찰력과 관계된 정보들의 발췌를 해야하는 매니저들을 더욱더 어렵게 만든다. 성공적인 전자상거래 플랫폼의 정보 시각화와 시각적 데이터 마이닝의 중요한 역할에 관한 기술적인 수행에 대한 성장의 고찰을 지금부터 말하고자 한다. 이논문의 목적은 전자상거래와 일러스트레이트에 관한 두가지 독특한 케이스안에 그들의 사용성에 관한 정보 시각화과 시각적 데이터마이닝의 기술적인 가능성에 관한 분석이였다: 전자상거래의 웹사이트의 상징성이 목표로 된 HTML의 구조의 논리는 (Gmarket의 영어사이트 등) : HTML의 프로그래밍의 대표성. 그리고 축소된 소비자의 논리로 KMINE 의 목표로 된 데이터 분석에 대한 하나의 통합된 관점이다.이러한 연수는 또한 아래의 질문에 관한 답을 고찰해 볼 수 있다: 1)무엇이 이러한 기술들의 수행을 실행하기 위한 진실인가?, 2)무엇이 전자상거래에서 시각적데이터마이닝과 정보 시각화의 응용에 관한 가장 일반적인 구역이 되는가?, 3)무엇이 정보시각화와 시각적 테이터 마이닝 기법 수행의 기회가 되는가? 전자상거래에서 정보 시각화의 응용과 시각적 데이터마이닝의 기술은 여전시 매력적이지 않다. 그러나 시각적 기술은 연구케이스들 중에 신중히 토론되어 지는 분석적 데이터를 다루는 중요한 도구가 된다. The abundance of electronic information derived of E-commerce applications and the growing demand of customer for a more personalized products and services makes it more and more difficult for Managers to extract the relevant information and insights to develop successful e-commerce platforms. To address the challenge of developing successful e-commerce platforms Information Visualization and Visual Data mining techniques play a key role. The purpose of this thesis was to analyze Information Visualization and Visual data mining techniques available for E-commerce and illustrate their use in two practical cases: 1) Analysis of HMTL structure of E-commerce websites (Case: English website of Gmarket Inc.), where a novel technique was proposed: tree representation of HTML programming, and 2) Analysis of customer loss, where KMINE was proposed as an integrate framework for data analysis. This study also sought to answer the following questions: 1) what factors are driving the implementation of these techniques? , 2) what are the most common areas of application of Information Visualization and Visual Data Mining in E-commerce? , and 3) what are the challenges in implementing Information Visualization and Visual Data Mining techniques? The application of Information Visualization and Visual Data Mining techniques in E-commerce is still in its infancy. However, visualization techniques are important tools to analyze data as was demonstrated in the study cases.

A Comparative Study on Dietary and Health related Behaviors, and Psychological Health between Postpartum Korean and Chinese Women

Jia Li Graduate School, Myongji University 2019 국내박사

The study investigated and compared dietary practice, health-related behaviors, nutrition education, postpartum depression and childcare stress in Korean and Chinese postpartum women (0~6 months after delivery). A total of 221 mothers in Korea(Gyeonggi-do) and 221 mothers in China(Jinhua) participated in the survey between November 2018 and January 2019, and the results were statistically analyzed using SPSS 25.0. Korean mothers (63.3%) took seaweed soup as the first meal after delivery, and Chinese mothers (70.2%) chose porridge and noodles. The average staying period at postpartum care centers was 7-14 days after delivery in Korean mothers and 22-28 days in Chinese mothers (P<0.001). Postpartum mothers in both countries reported the need for nutrition education, and Korean mothers showed stronger desire for the need compared to Chinese mothers (p<0.001). Chinese mothers showed higher postpartum depression than Korean mothers (p<0.001), and Korean mothers had higher degree of satisfaction for quality of life and for husband’s support than Chinese mothers (p<0.001). Both Korean and Chinese mothers showed lower childcare stress as physical activities and exercise desire became higher (p<0.05) and the degree of satisfaction for quality of life was higher (p<0.001). In Chinese postpartum mothers, childcare stress became lower as the degree of satisfaction for husband’s became higher. In Korean postpartum mothers, childcare stress was higher as postpartum depression became higher (p<0.001). Also, postpartum depression was significantly lower in Korean mothers when the satisfaction for quality of life became higher and childcare stress was lower (p<0.001), while it was significantly lower in Chinese mothers when education level was higher and monthly household income was higher (p<0.05). Thus, the study showed that culturally tailored nutrition education and exercise programs are needed for Korean and Chinese postpartum mothers, and will provide basic data for mental health improvement and nutrition education for them. Therefore, this study is considered reasonable as the dissertation for PhD degree. 본 논문은 한국과 중국 산후여성(분만후 0-6개월)의 식이, 건강관련행동, 영양교육, 산후 우울감 및 양육 스트레스를 조사하여 비교하였다. 2018년 11월부터 2019년 1월까지 221명의 한국(경기도)과 221명의 중국(진화) 산후여성들이 설문에 참여하였으며, 결과는 SPSS 25.0을 이용하여 통계분석을 하였다. 한국 산후여성(63.3%)은 출산 후 첫 끼니로 미역국을 선택했으며, 중국 산후여성(70.2%)은 죽과 면을 선택했다. 산후 조리원에서 지낸 기간은 한국 산후여성은 출산 후 7-14일, 중국 산후여성은 22-28일이 가장 많았다(P<0.001). 양국 산후여성 모두 영양교육이 필요하다고 하였으며, 한국 산후여성은 중국 산후여성에 비해 영양교육의 필요성에 대한 욕구가 더 강했다(p<0.001). 산후 우울감은 중국 산후여성이 한국 산후여성에 비해서 높았으며(p<0.001), 삶의 질에 대한 만족도와 남편의 도움에 대한 만족도는 한국 산후여성이 중국 산후여성에 비해 높았다(p<0.001). 양국 산후여성 모두 육체적활동 및 운동 욕구가 높을수록(p<0.05), 삶의 질에 대한 만족도가 높을수록(p<0.001) 양육 스트레스가 낮았다. 중국 산후여성의 경우 남편의 도움에 대한 만족도가 높을수록 양육 스트레스가 낮았다. 한국 산후여성의 경우 산후우울감이 높을수록 양육스트레스도 높았다(p<0.001). 또한 한국 산후여성은 삶의 질에 대한 만족도가 높을수록, 양육 스트레스가 적을수록 산후 우울증이 유의적으로 낮았으며(p<0.001), 중국 산후여성은 교육수준이 높을수록, 월 가계 소득이 높을수록 산후 우울증이 유의적으로 낮았다(p<0.05). 따라서 본 논문은 문화적으로 맞춤화된 영양교육과 운동프로그램이 산후 한국과 중국 여성들에게 필요하며, 한국과 중국 산후여성의 정신건강향상과 영양교육의 기초자료를 제공할 것이다. 그러므로 본 논문은 박사학위 논문으로서 타당하다고 사료되는 바이다.

Production of Tos17 Insertion Mutants from Korean White and Brown Rice

전경미 Graduate School, Myongji University 2019 국내박사

Rice is one of the most important crops globally and is a model plant for genomic studies of monocots. With the release of complete genome sequences, the next challenge is to develop various resources based on functional analysis of genes. In this study, we generated mutants via insertion of Tos17, a mobile endogenous retrotransposon active during tissue culture. Two rice cultivars, Oryza sativa L. japonica ‘Ilmibyeo’ (IM) and ‘Baegjinju1ho’ (BJJ1), which represent white and brown rice in the Korean domestic market, respectively, were selected for this study. We analyzed 7,608 flanking sequences of newly transposed Tos17 insertions by the adaptor-ligation polymerase chain reaction (PCR) method, identifying 1,672 and 843 mutants (M2 generation) in IM and BJJ1, respectively. An analysis of these Tos17 insertions showed the preferential insertion to genic region into rice chromosome (approximately 70%). We found 830 new insertional mutants in genic regions among the 1,533 genes representing 2,515 IM and BJJ1 mutants that did not overlap with the 3,280 genes affected in the ‘Nipponbare’ (NP) mutants from the National Institute of Agrobiological Sciences database (NIAS). Of the 1,000 lines of Tos17 insertion mutants, we observed semi-dwarf and various leaf-type mutants, including those with narrow, pale-green, and striped leaves at the vegetative stage. At the reproductive stage, 10 lines showed a 17–56% increase in 100-grain weight compared with wild type. In this study, we demonstrated the potential use of these mutants not only for functional analysis of genes related to agricultural traits but also for developing new rice varieties using commercial cultivars of brown and white rice in Korea. Furthermore, considering the natural mutation in Tos17 insertion, mutants with elite traits can be directly used in breeding. Such mutants can be used as a parental resource for breeding to produce secondary varieties with improved traits. 쌀은 전 세계적으로 가장 중요한 작물 중 하나이며, 단자엽 모델 식물로 사용 되고 있다. 유전체 염기서열 서열이 밝혀지고. 다음 과제는 유전자의 기능 분석에 기초한 다양한 자원을 개발하는 것이다. 우리는 조직 배양 중에 활성 되어 이동하는 레트로트랜스포존인 Tos17을 이용하여 삽입 변이체 집단을 생산하였다. 본 연구에서는 국내 시장에서 백미와 현미를 대표하는 한국의 두 가지 품종 인 일미벼와 백진주1호를 사용 하였다. 어댑터-라이게이션 PCR 방법을 이용하여, 새롭게 Tos17이 삽입된 변이체의 7,608개의 인접서열을 분석했다. 이 중 일미벼와 백진주1호에서 각각 1,672개와 843개의 삽입 변이체 (M2 세대)를 얻었으며, 인접서열 분석으로 Tos17이 벼 염색체의 유전자 영역(약 70 %)에 삽입 빈도가 높은 것을 확인하였다. 2,513 개의 국내 품종 변이체에서 1,533 개 유전자의 돌연변이를 확인한 바, 이 중 703 개 유전자는 일본 니폰바레 품종 변이체 집단(3,280개의 유전자의 돌연변이)에서도 발견되었지만, 830 개 유전자는 국내 품종 변이체에만 존재하는 새로운 변이체였다. Tos17 삽입 변이체 1,000개 중 식물체에서 잎이 좁거나 색이 옅은 경우, 줄무늬가 있거나 키가 큰 경우, 분얼이 적거나 많은 경우, 생장이 약한 경우 그리고 작은 키를 가진 벼를 비롯하여 다양한 표현형을 영양 생장기에서 관찰했다. 생식 생장기에서는 일미와 비교하여 백립중의 무게가 17~56 % 증가한 Tos17 삽입 변이체 10 계통을 확보하였다. 본 연구에서는 농업 관련 유전자의 기능 분석뿐만 아니라 현미와 백미 벼 품종을 이용하여 새로운 품종을 개발할 수 있는 가능성 보여주었다. Tos17 삽입의 자연적인 돌연변이로써, 유용한 형질을 가진 삽입 변이체는 육종에 직접 사용될 수 있다. 또한, 삽입 변이체는 육종에서 개량 된 형질을 가진 이차 품종을 생산하기 위한 부모 자원으로 사용 될 수 있다.

Mn(III)/Co(II) Catalyzed Oxidative Deacetylation in the Synthesis of Furan, Thiophene and Pyrrole Derivatives

Jin Hui Graduate School, Myongji University 2019 국내석사

In recent years, free radical reaction has received extensive attention due to the advantages of mild, high-efficiency and good reactivity. Among them, the free radical reaction promoted by manganese acetate is one of the important methods for generating free radicals, which have important uses in the fields of organic synthesis, pharmaceuticals and materials. Manganese acetate has long been used as a single-electron oxidant to initiate carbon radicals, which involved the formation of carbon-carbon bonds in the unsaturated system, and can undergo intramolecular and intermolecular reactions. A series of compound derivatives based on a five-membered heterocyclic ring have been tested and found to have inhibitory activity against specific bacteria, wherein the compound containing a bi-heterocyclic ring not only has antibacterial properties, but also enhances the activity of currently used antibiotics. This study reports the synthesis of a five-membered heterocyclic compounds using a combination of manganese acetate and cobalt chloride catalysts. This study includes the following three parts: The first part introduces the initiation of carbon radicals catalyzed by manganese acetate, and the oxidative deacetylation of 1,5-dicarbonyl compounds into 1,4-dicarbonyl compounds. The former can be obtained by condensing an α, β-unsaturated carbonyl compound with a 1,3-diketonate compound. The 1,4-dicarbonyl compounds is cyclized to a five-membered heterocyclic compound by the Paal-Knorr reaction. The second part introduces the mechanism of oxidative deacetylation. By changing the different substituents on α, β-unsaturated carbonyl compounds, the effects of electron-withdrawing and electron-donating groups on oxidative deacetylation reaction were investigated. The third part is the synthesis of a series of double five-membered heterocyclic compounds by manganese-cobalt catalyzed reaction combined with Paal-Knorr reaction. All of the final product structures were confirmed by NMR spectroscopy and mass spectrometry, and a reasonable reaction mechanism was explained. 최근 몇 년 동안, 자유 라디칼 반응은 온화하고 고효율적이며 반응성이 좋다는 장점 때문에 광범위한 관심을 받고 있다. Mn(OAc)3에 의해 촉진된 자유 라디칼 반응은 유기합성, 제약 및 재료 분야에서 중요한 용도를 가진 자유 라디칼을 생성하는 중요한 방법 중 하나이다. Mn(OAc)3는 오랫동안 불포화계에서 탄소-탄소 결합의 형성을 포함하는 라디칼을 개시하는 단일 전자 산화제로 사용되어 왔고 분자 내 및 분자간 반응을 겪을 수 있다. 오원자 헤테로 고리 화합물에 기초한 일련의 화합물 유도체가 실험되어 특정한 박테리아에 대한 억제 활성을 갖는 것으로 밝혀졌으며, 바이 헤테로고리를 포함하는 화합물에는 향균성이 있을 뿐만 아니라 현재 사용되는 항생제의 활성도 강화한다. 이 연구는 Mn(OAc)3와 CoCl2 촉매의 조합을 사용하여 오원자 헤테로 고리화합물의 합성을 보고하였다. 이 연구는 다음과 같은 세 부분으로 구성되었다. 첫째, Mn(OAc)3에 의해 촉매된 라디탈의 개시와 1,5-디카르보닐 화합물의 1,4-디카르보닐 화합물로의 산화 탈아세틸화를 소개한다. 1,5-디카르보닐 화합물은 1,3-디케토네이트 화합물과 반응하는 α, β-불포화 카보닐 화합물에 의해 얻어질 수 있다. 1,4-디카르보닐 화합물은 Paal-Knorr reaction에 의해 오원자 헤테로고리 화합물로 형성된다. 둘째, 산화 탈아세틸화 메커니즘을 소개한다. α, β-불포화 카보닐 화합물의 다른 치환체를 변화시킴으로써, 전자 흡인(Electron withdrawing) 및 전자 공여(Electron donating) 그룹이 산화 탈아세틸화 반응에 미치는 영향을 연구하였다. 셋째, Mn(III) / Co(II) 촉매 반응과 Paal-Knorr reaction에 의한 일련의 바이 오원자 헤테로고리 화합물의 합성에 대한 것이다. 모든 최종 화합물의 구조는 NMR 스펙트럼 및 질량 분석법에 의해 확인되었으며, 합리적인 반응 메커니즘이 설명되었다.