과학기술
모든 생물은 주변 환경으로부터 필요한 물질을 흡수해 합성 혹은 분해 과정을 거쳐 에너지를 생산하고 있다.
이 물질대사 과정에서 대사물질을 생성하는데 성장‧번식과 성숙을 돕는 1차 대사물질과 1차 대사물질로부터 생성되지만 생리 기능에 직접 관여치 않으면서 다른 종과의 유대관계 등 특이한 일을 하고 있는 2차 대사물질이 있다.
식물 세포 속에서 생성되는 2차 대사물질(secondary metabolites)은 생존을 위해 필수적인 물질은 아니지만 외부 미생물로부터 스스로를 보호하고, 향을 분출해 곤충 등을 유혹하며, 다른 식물들과 상호작용을 하는 등의 부수적인 역할을 한다.
유전공학을 통해 그동안 미지의 세계로 알려진 식물 안에서 진행되고 있는 대사작용의 비밀이 밝혀지고 있다. 2차 대사물질이 미생물과 긴밀한 교류를 하면서 식물 내 반응을 이끌어내고 있는 것으로 밝혀지고 있다. 사진은 미생물 속 메커니즘 상상도. ⓒWayne Keefe/Berkeley Lab
대사물질 합성‧분해 연구 돌파구 열어
유전공학을 통해 그동안 미지의 세계로 알려진 식물 안에서 진행되고 있는 대사작용의 비밀이 밝혀지고 있다. 2차 대사물질이 미생물과 긴밀한 교류를 하면서 식물 내 반응을 이끌어내고 있는 것으로 밝혀지고 있다.
과학자들은 이런 기능을 활용해 의료계는 물론 농업, 식품 등 다양한 산업 분야에서 이 귀중한 원료를 생산해왔다.
예를 들어 아스피린의 원료가 되고 있는 아세틸 살리실산은 버드나무껍질로부터, 항암성이 있는 것으로 알려진 레스베라트롤은 포도껍질로부터, 2015년 중국의 투유유 박사에게 노벨상을 안겨준 말라리아 치료제 아티미시닌은 개똥쑥 등의 식물에서 유도된 것이다.
최근 들어서는 식물 세포로부터 미량 생산되던 이 물질을 미생물을 통해 다량 생산하는데 성공하고 있다.
지난 2월 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 제이 키슬링 교수 연구팀은 효모의 유전자를 조작해 대마에 들어있는 주요 약효 성분인 테트라하이드로칸나비놀(THC)과 칸나비디올(CBD) 등 칸나비노이드를 생산하는 데 성공했다고 밝혔다.
최근 들어서는 2차 대사물질 안을 들여다볼 수 있는 기술이 개발되면서 그동안 감춰져 있던 메커니즘을 속속들이 밝혀낼 수 있는 길이 열리고 있다.
15일 미국 과학논문소개사이트인 ‘유레칼러트(eurekalert)’는 미국 에너지부 조인트게놈연구소(DOE JGI), 독일 괴테대학, 미 에너지부의 환경‧분자과학연구소(EMSL)와 공동으로 2차 대사물질 메커니즘을 이해할 수 있는 유전공학적 툴을 개발했다고 밝혔다.
‘CRAGE’란 명칭의 이 툴은 2차 대사물질이 어떻게 합성‧분해되고 있는지 들여다볼 수 있으며, 또한 식물 속에서 외부 환경 변화에 어떻게 반응하고 있으며, 진화하고 있는지 이해가 가능하다.
관련 논문은 ‘네이처 미생물학회지(Nature Microbiology)’ 14일 자에 게재됐다. 논문 제목은 ‘ CRAGE enables rapid activation of biosynthetic gene clusters in undomesticated bacteria’이다.
다양한 의약품 원료 등 생산 가능해져
2차 대사물질이란 명칭에 ‘2차’란 용어가 들어있는 것은 식물 생존에 있어 부차적인 기능을 갖고 있다는 뜻이다.
그러나 식물을 해치는 세균으로부터 자신을 방어하기 위해, 혹은 접근하는 동물을 유혹하거나 퇴치하는 등의 부수적인 일을 하기 위해 없어서는 안 되는 중요한 물질이다.
이 물질은 생합성 유전자 클러스터(BGCs)라 불리는 유기체 안에서 주변 미생물과 끊임없이 관계하면서 다른 식물들과의 신호를 주고받거나, 해충과 동물들을 퇴치하는 등 생존에 필요한 일들을 수행하고 있다.
더 놀라운 것은 2차 대사물질들이 미생물과 관계하면서 돌연변이는 물론 수평적 유전자 전이 (horizontal gene transfer)를 하고 있다는 점이다.
수평적 유전자 전이란 부모에게서 자식에게 전달되는 수직 유전자 전이와 달리 종(種)의 범위를 넘어 유전자 변이가 이루어지는 것을 말한다. 고등 생물보다는 미생물에서 빈번하게 발생하고 있는데 식물 내에서도 이런 일이 다양하게 벌어지고 있다.
과학자들은 그동안 이런 놀라운 현상을 알고 있었지만 세부적으로 이런 일이 어떤 과정을 통해 어떻게 진행되고 있는지 밝혀내지 못하고 있었다.
너무 작은 세상에서 일어나는 만큼 실험실 장비가 따라주지 못했고, 기술적 문제로 이를 밝혀내는 것이 불가능했기 때문이다. 그러나 이번 공동 연구를 통해 유전공학적 툴 ‘CRAGE’가 개발되면서 연구를 가로막던 장애물을 극복할 수 있게 됐다.
새로운 사실도 속속 밝혀지고 있다.
논문 공동저자인 JGI의 야스오 요시쿠니(Yasuo Yoshikuni) 박사는 “‘CRAGE’를 통해 본 2차 대사물질은 마치 판타지 영화을 보는 것 같았다.”고 말했다. “미생물들이 2차 대사물질을 사용해 마치 대화를 하고 있는 것 같았다.”는 것.
요시쿠니 박사는 현재 ‘CRAGE’를 통해 BGCs 안에 있는 2차 대사물질을 활성화하는 방안을 모색하고 있다고 밝혔다. 이를 통해 미생물 활동을 더 활성화하고, 그 과정에서 발생하고 있는 다양한 합성과 분해 과정을 추적할 예정이다.
관계자들은 이번 연구 결과가 2차 대사물질 연구를 획기적으로 발전시켜 산업용으로 활용이 가능한 새로운 대사물질 생산에 혁신을 불러일으킬 것으로 보고 있다.
(6845)
- 이강봉 객원기자
- aacc409@naver.com
- 저작권자 2019.10.16 ⓒ ScienceTimes
관련기사
목록 보기전체 댓글 (0)
로그인후 이용 가능합니다.
-
“PPI 제산제, 폐암 치료 방해”
제산제로 널리 쓰이는 프로톤 펌프 억제제(PPI: proton pump inhibitor)가 폐암 치료에 방해가 된다는 연구 결과가 나왔다. 호주 플린더스(Flinders) 대학 보건의료연구소 임상 암 역학 연구실의 애쉬 홉킨스 박사 연구팀은 PPI 제산제가 폐암의 대부분(85%)을 차지하는 비소세포(non-small-cell) 폐암의 면역치료 효과를 떨어뜨린다는 연구 결과를 발표했다고 미국 과학진흥협회(AAAS)의 과학 뉴스 사이트 유레크얼러트(EurekAlert)가 27일 보도했다.
-
서강대 연구팀 반도체 연구, 최고 권위 美 화학 학술지 게재
국내 연구진의 반도체 관련 연구 결과가 화학 분야 최고 권위 학술지인 미국화학회지(JACS·Journal of the American Chemical Society)에 실렸다. 서강대는 물리학과 장준익 교수 연구팀(공동 제1저자 최원경 동문, 남서현 석사과정)과 정명화 교수 연구팀(공동저자 소현경 석사과정, 이상언 석·박통합과정)의 공동연구 논문이 JACS에 게재됐다고 26일 밝혔다.
-
’15분 완충으로 장거리 주행 배터리’등 10대 나노기술 선정
'15분 완충으로 장거리 주행이 가능한 고용량 배터리'(이정호 한양대 교수), '1시간 이내 진단가능한 감염병 체외진단 기술'(필메디)등이 올해 10대 나노기술에 선정됐다. 과학기술정보통신부(과기정통부)와 산업통상자원부(산업부)는 25일 서초구 엘타워에서 개최된 '2021 나노융합성과전'에서 '올해의 10대 나노기술'을 발표하고 나노융합 유공자 포상을 했다고 밝혔다.
-
한-브라질 과기공동위 개최…생명·우주분야 협력논의
과학기술정보통신부(과기정통부)는 브라질 과학기술혁신부와 26일 제3차 한-브라질 과학기술공동위원회 회의를 화상으로 했다고 밝혔다. 이번 회의에서 과기정통부 용홍택 1차관이 기조연설을 하고, 과기정통부 김성규 국제협력관과 브라질 과학기술혁신부 마르셀루 메이렐리스 자금구조·프로젝트 차관이 수석대표로 참석했다.
-
사회를 더 안전·건강하게 만드는 ‘소셜 R&D’
보건, 환경, 주거 문제 등 우리 삶과 밀접한 주요 문제를 해결하는데 집중하는 '생활 밀착형 연구개발'(소셜 R&D)이 최근 큰 주목을 받고 있다. 27일 과학기술정보통신부에 따르면 전날 폐막한 제1회 소셜테크페어에서는 국내 소셜 R&D를 대표하는 사례들이 소개됐다.
-
서울대병원 연구진, 위암진단 AI 개발…”3년차 전문의보다 정확”
서울대병원 연구진이 위암 진단과 조기위암의 세포 침입을 의미하는 '침윤' 깊이 예측까지 가능한 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 25일 서울대병원에 따르면 소화기내과 정현수·이정훈 교수와 남준열 전 교수(현 서울힘내과 원장) 연구팀은 위내시경 검사를 하면서 병변 탐지, 감별 진단, 조기위암 침윤 깊이 진단까지 순차적으로 할 수 있는 AI 모델을 개발했다.
-
“단식 시작할 때 운동하면 다이어트 효과 커진다”
단식으로 살을 빼려면 '단식 개시 직후 운동'이 효과적 전략임을 시사하는 실험 결과가 발표됐다. 28일 미국 브리검영대학교(BYU)에 따르면 이 대학 운동과학과, 생리·발달생물학과, 통계학과 소속 연구자들이 참여한 연구 결과, 단식을 시작할 때 운동을 하면 '케토시스' 시점이 앞당겨지는 것으로 나타났다.