기술동향
[KRIBB focus 9호] 환경 유해물질을 분리하는 단백질의 작용 원리 밝혀내다
- 등록일2021-04-28
- 조회수4810
- 분류기술동향 > 플랫폼바이오 > 바이오융합기술
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자료발간일
2021-04-16
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출처
한국생명공학연구원
- 원문링크
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키워드
#환경 유해물질#단백질의 작용 원리 #유해물질 분리 #환경문제해결#생명공학정책연구센터
- 첨부파일
KRIBB_Focus_09.pdf
[KRIBB focus 09] Biology for sustainable world
◈ 목차논단
환경을 지키는 생명과학, 인류를 지키는 생명과학
커버스토리
Biology for Sustainable World
어떤 종류의 대기오염에도 대비한다.
환경의 위협으로부터 생명을 지키는 생명연의 연구자들
INSIDE KRIBB
리서치 하이라이트
페트병 분해하는 식물 플랑크톤 개발
환경 유해물질을 분리하는 단백질의 작용 원리 밝혀내다
과학으로 환경보전과 미래 인류 건강 보호할 해법 찾는다.
안전을 위한 규제와 자요로운 연구 사이에서
우수연구원 인터뷰
기후변화로 인한 식량위기 시대, 신품종 개발로 돌파환다
KRIBB NETWORK
바이오 경제
생명연의 기술 사업화 성과를 도아보다
연구네트워크
공동의 미래를 모색하는 생명과학
정책동향
생명과학의 지속가능한 발전
연구원 뉴스
Now at KRIBB
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우수연구원 인터뷰
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◈ 본문
환경 유해물질을 분리하는 단백질의 작용 원리 밝혀내다
환경 페놀류 오염 탐지 및 단백질 공학 분야에 활용 기대
한국생명공학연구원 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀, 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교(Delft University of Technology) 공동 연구팀이 페놀류 환경유해물질 분해 촉진 단백질의 작용 원리와 3차원 구조를 규명했다. 이는 페놀류 물질의 분해를 촉진하는 원리를 최초로 보고한 것이다. 관련 연구를 통한 토양/수질 오염 탐지 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것이다.
제초제와 살충제, 산업 폐수에 있는 페놀은 방향족 독성 물질로서 제대로 처리하지 않으면 토양과 지하수가 심하게 오염될 수 있다. 따라서 현재 페놀류를 정화하기 위해 ‘슈도모나스’ 세균과 같은 미생물을 이용하고 있고, 이러한 페놀 분해 미생물의 대사 경로 연구가 이뤄져 있다.
페놀 분해 미생물은 페놀 인식을 위해 ‘DmpR’이라는 단백질을 이용한다. 하지만 DmpR의 페놀 인식과 전사 활성화의 정확한 메커니즘은 20여 년간 풀리지 않은 숙제였다. 그 메커니즘을 풀 수 있다면 페놀을 비롯해 다양한 유해물질을 탐지하는 바이오센서가 개발할 수 있다.
이에 한 -네덜란드 공동연구팀 은 Pseudomonas putida종의 DmpR 에서 페놀 인식 도메인을 분리 정제했다.
그런 다음 페놀을 인식하는 구조와 활성 상태의 구조 변화를 연구해 방향족을인식하는 전사 시스템의 원리를 규명하고자 했다.
연구진은 먼저 DmpR의 변화를 관찰하고자 단일 분자 형광법(singlemolecular photobleaching)을 활용했다. 단일 분자 형광법은 변화하는 단백질의 단일 분자를 추적하는 신기술로 형광 DmpR 재조합 단백질을 이용하여 전
사 촉진 인자에 의한 단백질 상태 변화를 분석하는 것이 가능하다. 그 결과 불활성 DmpR은 이량체로 있다가 페놀과 결합해 사량체 상태로 변화하는 것을 관찰했다. 또한 활성 사량체 DmpR이 전사를 촉진하기 위해 세균에 있는 전사 촉진 인자인 ‘sigma factor 54’와 상호작용한다는 사실도 밝혀냈다.
구조 정보를 통해 다양한 DmpR 돌연변이를 제작해 전사 활성 시스템에서 요구되는 ATP 분해 활성을 분석했다. 그 결과, DmpR은 기존의 미생물 전사 시스템과는 다른 AAA+ 전사 활성을 나타냈다. 미생물은 전사 활성 인자에 의해 전사가 시작된다. 전사 활성 인자가 ATP 분해를 이용해 구조적 변이를 일으키는데, 이때 ATP를 인식하는 부위를 ‘AAA+ ATPase’ 도메인이라고 하고 이러한 전사 인자가 포함된 전사 시스템을 AAA+ 전사 시스템이라 한다. 연구진은 이러한 시스템의 활성이 DmpR의 사량체의 ATP 분해 활성에서 비롯됨을 보였다.
이번 연구에서 규명한 DmpR 단백질의 작동 원리는 페놀류 인식에 의한 AAA+ 전사 활성 시스템을 최초의 보고해 새로운 전사 활성 시스템의 작용 원리를 제시한 것이다. 또한 지난 20여 년간 전 세계적으로 기능적으로만 유추된 활성 작용 원리를 구조적으로 제시해 명확한 분자적 설명을 완성했다는 측면에서 큰 학문적 성과가 있다.
DmpR은 구조가 규명되지 않아 그동안 기능 분석에 기반한 스크리닝 방법으로 바이오 센서를 제작해 왔지만 이번 연구로 다양한 유해 물질을 감지하는 효과적인 센서를 제작할 수 있을 것이다.
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