생명연, 토양·수질 오염원 '페놀 분해 촉진 단백질' 작용원리 규명

머니투데이

대전=허재구 기자

DmpR의 활성 메커니즘 모델. DmpR은 감지 도메인에 의한 페놀을 인식하며 페놀 인식 부위의 공간적 변화에 의해 사량체 활성 상태로 변화 한다./자료제공=한국생명공학연구원

사진 왼쪽부터 박광현 박사, 우의전 박사./사진제공=한국생명공학연구원

한국생명공학연구원 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀과 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교가 참여한 공동 연구팀은 토양과 수질의 주요 오염원인 페놀류에 대한 환경유해물질 분해 촉진 단백질(감지 전사인자, DmpR)의 작용 원리와 3차원 구조를 규명했다고 18일 밝혔다.

이는 페놀류 물질의 분해를 촉진하는 원리에 관한 최초 보고로 관련 연구를 통해 토양·수질 오염 탐지 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

연구진에 따르면 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 단백질(전사인자)로 알려져 있으나 기능적 중요성에도 불구하고 구조적, 분자적 활성 기작이 밝혀지지 않았다.

공동연구진은 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀이 개발해 현재 다양한 미생물센서에 활용 중인 DmpR 연구를 토대로 단일 분자 형광법과 엑스선 결정화를 통해 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 추적한 것이다.

DmpR의 활성 메커니즘 모델. DmpR은 감지 도메인에 의한 페놀을 인식하며 페놀 인식 부위의 공간적 변화에 의해 사량체 활성 상태로 변화 한다./자료제공=한국생명공학연구원

그 결과 일반 상태에서 DmpR은 반응성이 없는 두 분자가 결합한 형태로 존재(이량체)하다 페놀 등 오염물질과 결합하면 4개의 분자가 모여있는 형태(사량체)로 바뀌면서 오염물질 분해를 촉진시키는 활성화 상태로 변화한다는 사실을 밝혀낼 수 있었던 것.

이는 지난 20여년간 난제였던 페놀류인식 전사 촉진 시스템을 규명, 산업적으로 페놀 등 화학 오염물에 대해 특이적으로 반응하는 신규 바이오센서 제작의 이론적 토대를 제공한 것은 물론 학문적으로는 신규 전사 시스템 규명이라는 성과를 얻은 것이라고 연구진은 설명했다.

이와 관련, 생명연 질환표적구조연구센터 우의전 박사는 "이러한 구조적 분석으로 페놀류뿐만 아니라 다양한 유해 물질 인식 재조합 DmpR 제작이 가능해져 다양한 화학 오염물 진단에 응용이 가능할 것으로 예상된다"고 말했다.

한편, 이번 연구논문은 생물학 분야의 세계적 저널인 'Nature communication(네이처 커뮤니케이션)' 6월 1일자 온라인 판에 게재됐다.