산소 없이 사는 미생물 생존 원리는?
산소 없이 사는 미생물 생존 원리는?
  • 함예솔
  • 승인 2018.11.28 14:35
  • 조회수 1880
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생명 활동에 꼭 필요한 산소가 없어도 미생물이 생존하는 원리가 규명됐습니다. 중앙대학교 박현호 교수와 첨단의료복합단지 신약개발지원센터 김성환 박사 공동연구팀이 산소 없이도 미생물이 원활히 에너지를 발생시키고 단백질을 생성하는 핵심 요인을 규명했습니다.

 

산소 없이 살아가는 미생물도 있습니다. 출처: fotolia
산소 없이 살아가는 미생물도 있습니다. 출처: fotolia

산소는 세포 내에서 에너지를 만들고 정상적인 단백질 접힘이 일어나게 하는 등 생존에 필수적인 역할을 합니다. 산소 없이 살아가는 암세포나 일부 미생물은 산소의 기능을 무엇으로 대체하는지 수수께끼로 남아 있었습니다.

 

연구팀은 재선충을 포함한 선충, 곰팡이, 박테리아 같은 특정 미생물이 어떻게 산소 없이 살아갈 수 있는지 연구했습니다. 연구팀은 빵이나 맥주를 만들 때 사용되는 효모로부터 산소가 없을 때 과발현되는 단백질에 주목했습니다.

 

특정 단백질에 비밀 담겨

 

Osm1 단백질의 3차구조. 출처: 한국연구재단
Osm1 단백질의 3차구조. 출처: 한국연구재단

Osm1이라는 단백질로 인해 산소 없이도 물질 대사가 이뤄지고 에너지 생성이 유도됩니다. 연구 결과 Osm1 단백질의 각기 다른 부분에 두 개의 FAD 조효소가 결합되면서 전자수용체의 역할을 했습니다. 산소가 없는 상태에서도 전자 전달이 용이하게 했습니다. FAD 조효소는 플라빈 효소군의 조효소로서 생체 내 산화 환원계에서 수소 및 전자 전달에 관여합니다. 

 

(a) 무산소/저산소 환경에서 Osm1이 세포 내를 산화적 환경으로 만들어 주는 모델. (b) 단백질의 이황화결합이 만들어지는 장소인 소포체에서 Osm1이 전자 수용체로 작용해 이황화결합을 형성시키는 모델. 출처: 한국연구재단
(a) 무산소/저산소 환경에서 Osm1이 세포 내를 산화적 환경으로 만들어 주는 모델. (b) 단백질의 이황화결합이 만들어지는 장소인 소포체에서 Osm1이 전자 수용체로 작용해 이황화결합을 형성시키는 모델. 출처: 한국연구재단

이런 성질을 바탕으로 Osm1은 산소 없이 소포체에서 만들어지는 단백질의 접힘 과정에도 관여했습니다. 새로이 생성된 단백질의 황(S) 원소 간 결합을 형성하도록 유도해, 단백질이 제 기능을 할 수 있는 정상적인 형태를 이루게 된 것입니다. 

 

이번 연구 결과는 무산소/저산소에서 살아갈 수 있는 암세포 및 다양한 미생물이 어떻게 산소의 역할을 대신하는 물질을 이용해 살아갈 수 있는지에 대한 해답을 제시해 학문적 발전을 이뤘습니다. Osm1 단백질이 산소 없이 살아갈 수 있는 환경을 만들어 준다는 것은 Osm1이 이들 미생물의 생존에 필수적인 단백질임을 증명하는 것입니다. 역으로 이 단백질은 해당 미생물의 치명적인 약점이 될 수 있죠.

 

따라서 Osm1 단백질의 저해물질은 재선충, 사상충 등 산소 없이 살아가는 선충류들의 예방제나 치료제 개발에 필수적인 정보를 제공할 수 있을 것으로 보입니다.

 

박현호 교수는 "협기성 미생물에서 산소의 역할을 대신하는 존재를 규명한 연구였다"며 "질병을 유발하는 재선충, 사상충 등 선충의 예방제 및 치료제 개발에 핵심정보를 제공할 것으로 기대한다"고 연구의의를 설명했습니다. 이 연구는 <네이처 커뮤니케이션>에 게재됐습니다.


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