[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 페놀류 환경유해물질 분해 촉진 단백질의 작용원리와 3차원 구조를 규명하는데 성공했다.

한국생명공학연구원은 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀, 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교(Delft University of Technology)가 공동 연구를 통해 토양과 수질 오염원인 페놀의 분해 촉진 단백질에 대한 작용원리 규명했다고 18일 밝혔다.

이는 페놀류 물질의 분해를 촉진하는 원리에 관한 최초 보고로, 연구결과는 생물학 분야 국제저널인 'Nature communication' 온라인판에  6월1일자로 게재됐다. 논문명:Tetrameric architecture of an active phenol-bound form of the AAA+ transcriptional regulator DmpR.

현재 산업 폐수에서 비롯된 유해성 화합물(페놀류)을 정화키 위해 슈도모나스 세균과 같은 미생물이 수질 정화법에 이용되고 있다.

그동안 페놀 분해 미생물에 대한 대사 경로와 관련한 연구를 통해 환경 정화 미생물이 페놀 인식을 위해 DmpR이라는 단백질을 이용한다는 사실이 밝혀졌고 이런 페놀 감지 특성을 이용해 오염물질을 탐지하는 바이오센서가 개발됐다.

하지만 감지 전사인자인 DmpR단백질은 정화 미생물에 존재하는 페놀 분해 촉진 단백질로 알려져 있으나 구조·분자적 활성 기작은 밝혀지지 않았다. 

공동 연구팀은 이번에 단일 분자 형광법(single-molecular photobleaching)과 엑스선 결정화(X-ray crystallography)를 활용해 DmpR의 전사활성 원리를 분자적 수준서 분석했다.

단일 분자 형광법은 변화하는 단백질의 단일 분자를 추적하는 신기술로, 연구진은 다양한 전사 촉진 인자 변화에 의한 단백질 상태 변화를 추적했다.

이를 통해 일반 상태에서 DmpR은 반응성이 없는 두 분자가 결합한 형태로 존재(이량체)하다 페놀 등 오염물질과 결합하면 4개의 분자가 모여있는 형태(사량체)로 변화해 오염물질 분해를 촉진시키는 활성화 상태로 변화한다는 사실을 밝혀냈다.
 
또 DmpR의 페놀 인식 잔기와 활성 사량체 상태의 구조적 정보를 통해 다양한 DmpR 돌연변이를 제작, 전사 활성 시스템에서 요구되는 ATP 분해 활성을 분석해 DmpR가 기존 미생물 전사 시스템과는 다른 전사 활성 기작을 나타낸다는 것도 확인했다.
 
 우의전 박사는 "20여 년간 난제였던 페놀류인식 전사 촉진 시스템을 규명, 페놀 등 화학 오염물에 대해 특이적으로 반응하는 신규 바이오센서 제작의 이론적 토대를 제공했다"며 "이런 구조적 분석으로 페놀류뿐만 아니라 다양한 유해 물질 인식 재조합 DmpR 제작이 가능해져 여러 화학 오염물 진단에 응용이 가능할 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com