환경 오염시키는 '페놀' 탐지 방법 발견... 환경 유해물질 진단 가능해져

국내 연구진이 단백질의 작용원리를 규명해 환경 유해물질을 탐지할 수 있는 해법을 발견했다.

지금까지 산업 폐수에서 나오는 유해성 화합물(페놀류) 정화에는 슈도모나스 세균과 같은 미생물이 사용돼 왔다. 페놀류 환경유해물질 분해 촉진 단백질(감지 전사인자, DmpR; di-methyl phenol regulator)은 정화 미생물에 존재하는 페놀 분해 촉진 단백질로 알려져 왔다. 전사인자란 타겟 유전자 근처 DNA에 접근해 타겟 유전자를 켜고 끄는 스위치 역할을 하는 단백질을 말한다. 페놀 분해에 탁월함에도 DmpR 단백질의 작용 원리가 정확히 밝혀지지 않아 환경오염 탐지 바이오센서 등으로 활용하기에는 제약이 많았다.

한국생명공학연구원(이하 생명연)은 기존 DmpR 연구를 기반으로 단일 분자 형광법(single-molecular photobleaching)과 엑스선 결정화(X-ray crystallography)를 통하여, DmpR의 분자적 수준의 전사 활성 원리를 분석했다.


단일 분자 형광법은 변화하는 단백질의 단일 분자를 추적하는 신기술로, 연구진은 다양한 전사 촉진 인자 변화에 의한 단백질 상태 변화를 추적했다. 연구 결과, DmpR은 일반 상태에서 반응성이 없는 두 분자가 결합한 형태로 존재했지만, 페놀 등 오염물질과 결합하면 4개의 분자가 모여있는 형태로 변화했다. 이를 통해 DmpR이 오염물질 분해를 촉진시키는 활성화 상태로 변화함을 알 수 있었다.

우의전 생명연 박사는 "20여 년간 난제였던 페놀류 인식 전사 촉진 시스템을 규명함으로서, 산업적으로 페놀 등 화학 오염물에 대해 특이적으로 반응하는 신규 바이오센서 제작의 이론적 토대를 제공했고, 학문적으로는 신규 전사 시스템 규명이라는 성과를 얻었다"며 "이러한 구조적 분석으로 페놀류뿐만 아니라 다양한 유해 물질 인식 재조합 DmpR 제작이 가능해져, 화학 오염물 진단에 응용이 가능할 것으로 예상한다"고 말했다.

이번 연구는 생명연 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀, 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교(Delft University of Technology) 공동 연구팀(교신저자: 우의전/주철민 박사, 제1저자: 박광현/김성철 박사)이 협력해 수행했다. 생명연 주요 사업 지원으로 수행됐고, 생물학 분야의 세계적 저널인 '네이쳐 커뮤니케이션(Nature communication)' 6월 1일 자 온라인 판에 게재됐다.

송광범 기자 postmoneynews@gmail.com

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