바이오인

핵심내용

□ 녹농균은 패혈증, 전신감염, 만성기도 감염증 등 심각한 난치성 감염을 일으킬 수 있는 위험한 세균이나 각종 항생제에 높은 내성을 갖고 있어 치료가 어려웠다. 국내 연구진이 녹농균의 생존전략으로 활성산소의 공격을 방어하는 센서인 OxyR* 단백질 구조를 낱낱이 밝혀, 녹농균에 대항할 수 있는 새로운 항세균제 개발 가능성을 열었다. 
* OxyR : 세균에서 산화스트레스 방어체계를 조절하는 단백질로, 진핵생물의 산화화원 단백질과 유사한 작동원리를 가짐 
 ㅇ 미래창조과학부와 한국연구재단의 기초연구지원사업(중견연구자지원)과 농림축산식품부의 농림축산식품연구센터지원사업 지원으로 서울대학교 하남출 교수와 차의과학대학교 조유희 교수가 주도한 이번 연구는 세계적인 자연과학분야 권위지 미국국립과학원회보 피앤에이에스(PNAS; Proceedings of the National Academy of Sciences, USA) 4월 30일자에 게재되었다. 
(논문명 : Structural details of the OxyR peroxide-sensing mechanism) 

□ OxyR은 세균에 존재하는 대표적인 활성산소 센서 단백질로 활성산소가 세포에 해를 입히기 전에 미리 활성산소를 인식함으로써, 방어 단백질들의 생산을 유도하기 때문에 세균의 생존에 필수적인 단백질이다. 
 ㅇ 항생제 내성 빈도가 높은 녹농균의 경우 OxyR은 감염 후 숙주 내에서 증식하는데 중요한 역할을 한다. 치료에 있어서는 녹농균의 병원성을 저감할 수 있는 주요 타겟으로, 생화학적, 구조적 특징에 대한 보다 정확한 규명이 필요한 실정이었다. 
 ㅇ 2001년 한국 연구진이 대장균의 OxyR 단백질은 일부 구조를 규명하여 산화환원 상태에 따라 단백질의 구조가 현저히 바뀐다는 것을 밝혔으나, 아직까지 변화 과정이나 전체 단백질 구조는 밝혀지지 않았다. 

□ 이번 연구에서는 병원성 세균인 녹농균의 OxyR에 대해 일부가 아닌 전체 단백질의 구조를 최초로 규명하였다는 데에 의의가 있다. 
 ㅇ 연구진은 OxyR 단백질의 구조분석으로부터 활성산소가 결합한 모습과 단백질의 전체 얼개 구조가 변해가는 중간단계의 구조도 동시에 밝힐 수 있었고, 이를 통해 활성산소 인식과 산화환원 스위치 작동에 대한 보다 정밀하고 일반적인 원리를 제시하였다. 

□ 하남출 교수와 조유희 교수는 “이번 연구는 그동안 밝혀내지 못했던 산화환원 스위치의 작동원리를 세계 최초로 규명함과 동시에, 새로운 항독력제* 타겟의 구조변화를 확인하였으므로, 신개념의 항생제를 발굴하는데 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.”고 연구의의를 밝혔다. 
* 항독력제(antipathogenics) : 기존의 항생제가 세균의 생장(growth)을 억제하는데 비해, 세균의 병원성/독력을 억제함으로써, 기존 항생제와 달리 내성문제에서 자유로운 신개념 항세균제  
  



상세내용

연 구 결 과  개 요

1. 연구배경

○ 항생제내성 시대를 맞이하여 내성문제에서 자유로운 새로운 개념의 항균제 연구의 일환으로 항독력제 연구가 대두되고 있으며, 중요한 독력인자(virulence factor)에 대한 새로운 약물을 개발하기 위해서는 독력인자의 생리적 특성과 구조적 특성에 대한 면밀한 연구가 필요하다.

○ 조유희 교수 연구팀에서는 내성 비율이 높은 녹농균의 주요 독력인자인 OxyR의 생리적 특성 및 감염에서의 기능에 대해 오랜 기간 연구해 왔고, 단백질 구조 연구 전문가인 하남출 교수와 함께 녹농균 OxyR 전체 단백질의 결정을 얻는 데 성공하였다.

2. 연구내용

○ 본 연구는 녹농균의 OxyR 단백질과 OxyR 단백질의 산화환원과정을 모방하는 돌연변이체 (C199D) 단백질의 전체와 일부에 대한 구조분석을 완료하였고, 그 결과 산화환원을 통한 단백질의 현저한 구조 변화의 원리를 확인하였으며, 전체적인 구조변화를 통해 활성산소를 인식한 뒤 항산화 유전자에 결합할 수 있는 모델을 제시할 수 있었다.

○ 활성산소 인식에 관여하는 것으로 새롭게 제안된 아미노산 잔기를 다른 아미노산으로 치환하는 실험을 통해, 이들 아미노산 잔기가 녹농균의 생리적 조건에서 활성산소에 반응하는데 결정적인 역할을 함을 증명하였다.

3. 기대효과

○ 본 연구를 통해 얻어진 구조와 생화학적 특성을 기반으로 OxyR의 활성을 조절할 수 있는 새로운 화합물이나 천연물 혹은 RNA 앱타머를 설계하고 항독력제로 발굴할 수 있는 토대를 마련하였다.

○ 활성산소는 인간의 노화, 암, 치매 등의 발생과 직접적인 관련이 있으며, 인간도 세균과 유사한 방법으로 활성산소를 인식하고 방어하기 때문에 본 연구로부터 얻어진 활성산소 인식의 일반적인 원리는 활성산소에 의해 조절되는 세포내 생명현상을 이해하고 활성산소와 연관된 다양한 질병의 병인기전을 이해하는데도 공헌할 것으로 판단된다.

연 구 결 과 문 답

...................(계속)

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