연구진, 박테리아가 어떻게 독성금속을 제거하는지 추적

황원희 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2020-05-30 17:00:10
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[환경미디어= 황원희 기자] 박테리아는 환경적으로 썩 좋지 못해도 살아남는 교활한 능력을 가졌다.예를 들어, 복잡한 일련의 상호작용을 통해 은과 구리와 같은 독성 화학물질과 금속을 식별하고 내성을 형성할 수 있다. 박테리아는 항생제로부터 방어하기 위해 유사한 메커니즘에 의존한다. 

 


코넬 대학교 연구진은 유전자공학, 단분자 추적, 단백질 정량화를 결합해 이 메커니즘을 자세히 살펴보고 그것이 어떤 식으로 기능하는지 연구했다. 이 연구를 통해 보다 효과적인 항균 치료법 개발로 이어질 수 있다. 

 

연구진의 논문은 국립과학원회보의 ‘금속 유도 센서 동원은 살아있는 박테리아에서 금속 해독을 위한 조절기 활성화를 위해 친화력을 이용한다’는 제목으로 게재됐다. 

 

박테리아의 저항은 실제 태그팀 작동 세포 안에서 두 개의 단백질이 함께 작용한다. 내막 안에 있는 하나의 단백질은 화학물질이나 금속의 존재를 감지하고 세포간 유체, 조절 단백질에 신호를 보낸다. 조절 단백질은 DNA에 결합되어 운반 단백질을 생성하는 유전자를 활성화시켜 세포에서 독소를 제거한다. 

 

일반적으로 과학자들은 세포에서 단백질을 제거하는 생화학적 검사를 사용해 이러한 기능을 분석한다. 그러나 그 과정은 과학자들이 그들의 고유환경에서 단백질을 관찰하는 것을 방해하고 단백질 사이의 공간 배치와 같은 특정 세부사항들은 모호한 상태로 남아있다.

 

보다 심층적인 분석을 위해 연구진은 단세포 영상을 이용했는데 이 영상을 통해 살아있는 대장균의 개별 단백질을 형상 신호로 태그하고 한번에 하나씩 단백질을 이미지화해 움직임을 추적했다. 그 과정은 수백만 개의 이미지를 만들어냈고, 궁극적으로 단백질의 움직임에 대한 정교하고 질적으로 우수한 지도를 만들었다.

 

연구진은 특히 센서 단백질의 활동에 관심을 가졌는데 센서 단백질은 서로 뭉쳐있는 것과 내막을 돌아다니는 것 등 두 가지 종류가 있다. 연구진은 대장균이 구리와 마주쳤을 때 자유부유, 이동성 센서 단백질의 다양성은 증가하는 반면 군집화된 계파는 감소한다는 사실을 알아냈다. 동원된 센서 단백질은 조절기 단백질과 상호작용해 구리 결합에서 ATP 결합과 분해에 이르기까지 복잡한 일련의 단계를 거치는데, 이는 결국 유전자 발현을 유도하게 된다. 이는 세포에서 금속성분을 씻어낼 것이다.

 

이른 보충은 시퀀스를 시작하고 시퀀스가 부패할 시간이 생기기 전에 신속하게 진행함으로써 기능적 이점을 제공한다. 이는 뜨거운 감자게임에 비유된다. 한편 이 연구는 국립보건원과 육군연구소의 지원을 받았다. 

 

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