병원성 세균의 발병력을 억제하는 신기술 개발
연구팀은 세균간 신호전달을 차단하여 발병력을 억제하기 위한 방법으로서 세균 상호간의 신호물질을 분해하는 효소(AHL-lactonase)에 주목하고, 효소 단백질의 3차 구조를 포항 방사선가속기의 X선 빔라인을 이용하여 밝혀냈으며, 신호물질이 효소 활성 중심 부위에 결합하여 분해되는 과정을 밝혀냈다.(붙임 1)
병원성 세균은 숙주를 효과적으로 감염시키기 위해 상호간 신호물질을 이용하여 세균간 신호전달 체계(quorum sensing, 정족수 인식)를 가동함.
연구팀은 생물농약 미생물(Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki)에서 세균 상호간 신호물질을 분해하는 효소(AHL-lactonase)를 찾아 단백질을 결정화 한 후 X-ray 회절 방법을 이용하여 분자 구조를 규명하였음.
효소 단백질의 3차 구조를 분석한 결과, 두 분자의 아연이 효소 촉매 활성 부위의 아미노산 잔기들과 강하게 결합하여 존재하는 금속 결합 효소임을 확인하였으며, 돌연변이 및 생화학적 실험 등을 통하여 두 분자의 아연 및 결합 아미노산들이 효소 활성에 중요한 역할을 하고 있음을 밝힘.
또한 효소 활성 저해제로 보이는 ‘homoserine lactone’과의 복합 구조를 밝힘으로써 신호물질이 효소 활성 중심 부위에 결합하여 분해되는 작용 메커니즘을 규명함.
금번 연구성과는 국내 연구진이 세균병을 일으키는 세균간 신호물질을 분해하는 효소의 분자 구조 및 작용메커니즘을 세계 최초로 규명함으로써 향후 세균병 억제를 위한 새로운 항생제 개발에 있어 기술적 우위를 확보한 것으로 평가되고 있음.
최근 많은 문제가 되고 있는 항생제 내성 문제를 해결하기 위해 세균간 신호전달체계를 차단하는 방법을 활용하여 새로운 항생제를 개발하고자 하는 연구들이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있음.
기존의 항생제가 병원성 세균의 생존에 필수적인 요소를 표적으로 하고 있어 필연적으로 항생제 내성 돌연변이가 출현하나, 세균간 신호전달체계 차단 방법은 병원성 세균의 생존에는 크게 영향을 미치지 않기 때문에 항생제 내성 균주의 출현을 상당히 감소시킬 수 있음.
이번 연구성과를 기존 항생제와 조합하여 활용한다면 항생제 내성의 주요한 원인 중에 하나인 생물막 형성 등을 억제함으로써 기존 항생제의 양을 저감 시킬 수 있거나, 기존 항생제의 효과를 향상 시킬 수 있는 상승 효과를 기대 할 수 있음.
연구팀은 이번 연구성과를 이용하여 현재 배추 생산시 가장 걸림돌이 되는 무름병과 같은 식물병을 효과적으로 방제할 수 있는 기술을 개발 중에 있으며, 향후 항생제 내성균에 의한 세균병을 포함하여 다양한 세균병을 치료할 수 있는 새로운 항생제 개발에 활용할 계획임.
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