June 22,2018

박테리아 간 정보교환 메커니즘 밝혀

병원균 항생제 내성·독성 규명 기대

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병원균이 항생제 내성이나 독성을 보이는 데 중요한 역할을 하는 박테리아 간의 정보교환 메커니즘을 한미 공동연구진이 밝혀냈다.

한국기초과학지원연구원(KBSI) 류경석 박사팀은 7일 미국 메릴랜드주립대 윌리엄 벤틀리 교수팀, 퍼듀대 허먼 신팀 교수팀과 공동연구로 박테리아들이 정보를 주고받는 메커니즘이 포도당 대사와 밀접하게 연관돼 있음을 규명했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스’(Science Advances, 6월 2일)에 게재됐다.

대장균이나 병원균 같은 박테리아는 단세포 생물이지만 군집(population) 수준에서는 ‘쿼럼센싱’(quorum sensing)이라는 메커니즘을 통해 정보를 주고받는다.

박테리아들은 쿼럼센싱을 통해 항생제에 방어막 역할을 하는 바이오필름(biofilm)을 형성하거나 독성을 발현하기 때문에 쿼럼센싱 규명은 중요한 연구 과제가 돼 왔다. 치아 플라크도 세균이 만드는 바이오필름의 하나다.

하지만 지금까지 박테리아 밀도가 일정 수준을 넘으면 AI-2가 활성화되면서 쿼럼센싱이 일어난다는 사실은 밝혀졌으나 AI-2가 활성화되는 메커니즘은 규명되지 않았다.

연구진은 대장균을 이용한 이 연구에서 당 대사에서 인산 전달 역할을 하는 단백질(HPr)과 AI의 인산화(phosphorylation)를 촉진해 쿼럼센싱을 촉발하는 효소(Lsrk)의 작용이 당의 많고 적음에 따라 결정된다는 사실을 발견했다.

주변에 당이 부족하고 박테리아 밀도가 높으면 HPr이 Lsrk보다 인산과 결합하는 경우가 많아진다. HPr과 결합하지 않은 Lsrk의 활성은 증가하고 이에 따라 AI-2의 인산화가 촉진되면서 쿼럼센싱이 진행된다는 것이다,

연구진은 이 연구 결과는 박테리아 간 정보 소통과 협력이 포도당 유무에 따라 결정된다는 것을 뜻한다며 Hpr처럼 Lsrk와 결합해 작용을 못 하게 하는 합성 물질을 찾아내면 박테리아 간 정보교환을 막을 수 있다고 설명했다.

류경석 박사는 “이 연구의 의미는 기존에 알려진 박테리아 쿼럼센싱이 당 대사와 같은 박테리아의 생장과 밀접하게 연관돼 있고 특정농도 이상의 AI-2 분자가 있을 때 쿼럼센싱이 급격히 일어나는 현상을 설명할 수 있는 직접적인 분자 연결고리(HPr)를 밝힌 것”이라고 말했다.

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