전 세계 항생제 70% 이상을 생산하는 데 사용되는 미생물 ‘방성균’ 유전자의 비밀을 국내 연구진이 풀어냈다. 향후 산업적 이용을 위한 합성생물학 기반 미생물 세포공장 구축에 기여할 것으로 기대된다.
12일 미래창조과학부는 ‘지능형바이오 시스템 설계 및 합성 연구단’의 연구진이 세계 최초로 방선균에 존재하는 항생제 생산과 관련된 유전자의 발현 및 조절 기작을 규명했다고 밝혔다.
방선균은 의학적으로나 농업적으로 그 중요성이 널리 알려져 있다. 그동안 방선균 내에 존재하는 항생제 생산과 관련된 유전자 조절기작을 분자 수준에서 이해하려는 많은 노력이 있어 왔다. 하지만 유전자 발현 및 조절과 관련된 정보가 규명되지 않아 항생제 생산성을 높이는데 걸림돌이 돼 왔다.
조병관 교수가 이끄는 연구팀은 유전자 발현 시작지점 염기서열분석 및 리보솜 결합 알엔에이(RNA) 염기서열분석 데이터 등을 통합 분석함으로써, 세계 최초로 방선균의 유전자 조절기작을 규명하고 다양한 항생제의 대량생산을 위한 방선균 유전체 조작 시 활용 가능한 대용량의 정보를 확보했다.
특히 항생제 생산과 관련된 유전자가 엠알엔에이(mRNA 증가 속도보다 그 번역과정에서의 항생제 생산 단백질 합성 속도가 느린 현상)로부터 단백질이 합성되는 단계에서 번역 버퍼링현상에 의해 조절받는 것을 확인해 항생제 대량생산을 위한 단백질 합성속도의 조절기작을 규명했다. 본 연구결과는 향후 합성생물학 기술을 이용하여 번역 수준 조절을 받는 항생제 합성관련 유전자들을 변형시켜 항생제 생산성을 증대시킬 수 있는 가능성을 제시했다.
조병관 교수는 “이번 연구는 방선균을 이용한 항생제 생산을 이해하기 위한 시스템적 분석의 지평을 열었다”며 “다양한 미생물에 적용 가능한 분석 전략을 제공해 향후 산업적 이용을 위한 합성생물학 기반 미생물 세포공장 구축에 기여할 것으로 기대된다”고 설명했다.
이번 연구는 미래부 ‘글로벌프런티어사업’의 지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 생명공학분야 최고 권위의 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 6월 2일자에 게재됐다.
/권용민기자 minizzang@sedaily.com
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