[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 20년간 난제였던 토양·수질 오염원인인 페놀 분해 촉진 단백질 작용원리를 규명했다. 이번 성과는 향후 환경 호르몬 및 페놀 오염 탐지에 크게 기여할 전망이다.

한국생명공학연구원(생명연) 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀은 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교 연구팀과 공동으로 페놀류 환경유해물질 분해 촉진 단백질 작용 원리와 3차원 구조를 규명했다고 18일 밝혔다.

생명연 측은 "이는 페놀류 물질 분해를 촉진하는 원리에 관한 최초 보고이며, 관련 연구를 통한 토양·수질 오염 탐지 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 했다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 좌측부터 질환표적구조연구센터 박광현 박사, 우의전 박사. [사진=생명연] 2020.06.18 swiss2pac@newspim.com

현재 산업 폐수에서 비롯된 유해성 화합물(페놀류)을 정화하기 위해 슈도모나스 세균과 같은 미생물이 수질 정화법에 이용되고 있다. DmpR 단백질은 정화 미생물에 존재하는 페놀 분해 촉진 단백질로 알려져 있으나, 기능적 중요성에도 불구 구조적·분자적 활성 기작이 밝혀지지 않았다.

지난 20여 년간 DmpR은 페놀에 특이적으로 반응하는 바이오 센서 단백질로 개발돼 왔다. DmpR의 페놀 인식 구조 및 활성 원리 규명은 다양한 유해 물질 탐지 바이오센서 개발을 위해 필요성이 강조되고 있었다.

공동 연구팀은 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀이 개발해 현재 다양한 미생물센서에 활용 중인 DmpR 연구를 토대로 단일 분자 형광법(single-molecular photobleaching)과 엑스선 결정화(X-ray crystallography)를 통해DmpR의 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.

그 결과 일반 상태에서 DmpR은 반응성이 없는 두 분자가 결합한 형태로 존재(이량체)하다가 페놀 등 오염물질과 결합하면 4개의 분자가 모여있는 형태(사량체)로 변화해 오염물질 분해를 촉진시키는 활성화 상태로 변화는 것을 밝혀냈다.

우의전 박사는 "20여 년간 난제였던 페놀류인식 전사 촉진 시스템을 규명함으로써, 산업적으로 페놀 등 화학 오염물에 대해 특이적으로 반응하는 신규 바이오센서 제작 이론적 토대를 제공했다"며 "학문적으로는 신규 전사 시스템 규명이라는 성과를 얻었다"고 밝혔다.

이어 "이러한 구조적 분석으로 페놀류뿐만 아니라 다양한 유해 물질 인식 재조합 DmpR 제작이 가능해져, 다양한 화학 오염물 진단에 응용이 가능할 것으로 예상한다"고 덧붙였다.  

한편 이번 연구는 한국생명공학연구원의 주요사업 지원으로 수행됐고, 생물학 분야의 세계적 저널인 'Nature communication' 지난 1일자 온라인 판에 게재됐다. 

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