바이오인

출처 : 지능형 바이오시스템 설계 및 합성 연구단

성장정체상태 세포의 대사를 보는 새로운 관점과 연구방법

서울대학교 생명과학부 노정혜 교수 최준선 학생

1. 개요
자연계에 존재하는 대부분의 세균은 영양분이 부족하거나 제한된 상황에서 살아가며, 최소한의 에너지를 쓰면서 더 이상 증식하지 않는 성장정체상태 (non-growing state)를 유지하고 있다. 그러나 세균을 연구하는 대부분의 연구는 자연계와 상반된 조건인, 영양분이 충분하고 세균들이 빠르게 자랄 수 있는 최적 조건에서 수행되고 있어, 여전히 자연계에서 일어나고 있는 세균의 생리 조절기작에 관해서는 여러 질문들이 풀리지 않은 채로 남아있다. 이러한 지식의 간극을 해소하기 위하여 많은 연구자들이 세포의 성장을 저지하는 다양한 조건에서 성장정체기의 세포를 연구함으로써, 자연계에서 일어나는 세포대사를 이해하려고 노력하고 있다. 특히 우리가 알고 있는 많은 천연물 신약이나 대사산물들이 영양분이 고갈된 정체성장기에 생산되고 있으므로, 정체성장기에 대한 새로운 이해는 새로운 신약물질을 찾고 생산하는데 필수적인 요건이 되고 있다. 본 동향보고에서는 현재까지 밝혀진 성장정체상태 세포의 특징과 대사조절기작에 관해 소개하고, 성장정체기의 세포를 연구하는데 사용되는 보다 진보된 최신의 연구방법들을 소개하고자 한다.

2. 정체성장상태의 세포연구
연구실 수준에서 자연계의 정체성장상태를 이해하기 위해, 아래와 같은 여러 조건에서 세포가 더 이상 자라지 못하는 상태를 관찰하고, 세포의 대응 기작에 관한 연구가 수행되고 있다.

1) Stationary phase
이 시기는 비연속배양(batch culture)에서 세균이 증식할 때 배지의 에너지원이 고갈되어 개체수의 증가가 나타나지 않는 시기를 뜻한다 (그림 1a). Escherichia coli의 경우, stationary phase로 접어들면서 세포 내 높은 에너지 수준의 분자 (ATP 와 ADP)에 결합된 adenylate의 비율을 나타내는 adenylate energy charge (AEC)가 감소하며 세균의 생존력 (viability)이 감소하기 시작한다. 최근 연구에 따르면, 이 시기에서도 여전히 일정한 수준의 단백질 합성은 유지되는 것으로 밝혀졌다.

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