세균도 스스로 상처 치료한다…DNA 복구 비밀 밝혀

하이커뮤니티매니져 0 6 11.17

김민성 포스텍 생명과학과 교수팀은 세균이 끊어진 DNA를 스스로 고치는 과정을 분자 수준에서 밝혔다. 포스텍 제공

사람이 다친 상처를 스스로 치유하듯 세균도 손상된 DNA를 스스로 고쳐 생존한다. 국내 연구진이 그동안 베일에 싸여 있던 이 놀라운 '자가치유' 과정의 비밀을 밝혔다.

포스텍은 김민성 생명과학과 교수와 김환종 통합과정생 연구팀이 초저온 전자현미경을 이용해 세균이 끊어진 DNA를 복구하는 작동원리를 분자 수준에서 규명하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '뉴클렉익 애시드 리서치(Nucleic Acids Research)'에 10월 21일 게재됐다.

DNA는 생명의 설계도다. 방사선, 독성물질, 자외선 등에 노출되면 DNA 한 가닥이 아닌 두 가닥 모두 끊어지는 '이중가닥 손상'이 발생한다. 이는 세포에 치명적이다.

사람을 포함한 포유류와 세균 모두 DNA 복구 시스템을 갖추고 있지만 작동 방식은 다르다. 포유류는 여러 단백질이 복잡하게 협력하지만 박테리아는 훨씬 단순하고 빠르게 문제를 해결한다. 정교한 작동 원리는 지금껏 수수께끼로 남아 있다.

연구팀은 DNA 복구의 핵심인 'Ku 단백질'에 주목했다. Ku 단백질은 끊어진 DNA를 발견하고 다른 복구 단백질들을 불러 모으는 '현장 지휘관' 같은 존재다.

연구팀은 고초균(Bacillus subtilis)이라는 세균에서 얻은 Ku 단백질과 손상된 DNA를 결합시켜 복합체를 만들었다. 포스텍 세포막연구소의 초저온 전자현미경으로 복합체의 3차원 구조를 원자 수준(2.74옹스트롬)까지 관찰했다.

Ku 단백질은 단순히 손상 부위를 찾는 데 그치지 않고 끊어진 DNA 조각들을 꽉 붙잡아 서로 연결되도록 돕는다. 포스텍 제공

그 결과 Ku 단백질은 단순히 손상 부위를 찾는 데 그치지 않고 DNA의 끊어진 두 끝을 물리적으로 붙잡아 연결하는 '분자 다리' 역할을 했다. DNA 손상 부위가 특정 형태로 배열됐을 때만 작동하는 정밀한 조절 장치도 함께 확인됐다. 이는 포유류에서는 관찰되지 않는 세균만의 독특한 생존 전략이다.

이번 발견은 항생제 개발에 새로운 길을 열 것으로 기대된다. 세균의 DNA 복구를 방해하거나 차단하는 방식의 항생제 개발이 가능해진 것이다.

김민성 교수는 "이번 연구는 세균이 어떻게 단순하면서도 효율적으로 유전적 손상을 고치는지 분자 수준에서 보여준 사례"라며 "항생제 내성 문제가 전 세계적 위협이 된 상황에서 세균의 약점을 정확히 겨냥한 차세대 항생제 개발의 돌파구가 될 것"이라고 말했다. 또 "항생제 개발뿐 아니라 유전자 교정 기술, 생명공학 분야 전반에서 새로운 응용이 가능할 것"이라고 덧붙였다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=75121

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