국내 연구진이 페놀류 환경유해물질 분해 촉진 단백질(감지 전사인자, DmpR; di-methyl phenol regulator)의 작용 원리와 3차원 구조를 규명하였다. 이는 페놀류 물질의 분해를 촉진하는 원리에 관한 최초 보고이며, 관련 연구를 통한 토양/수질 오염 탐지 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
한국생명공학연구원(이하 생명연) 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀, 합성생물학전문연구단 이승구 박사팀, 네덜란드 델프트공과대학교(Delft University of Technology) 공동 연구팀(교신저자: 우의전/주철민 박사, 제1저자: 박광현/김성철 박사)이 수행한 이번 연구는 한국생명공학연구원의 주요사업 지원으로 수행되었고, 생물학 분야의 세계적 저널인 ‘Nature communication’ 6월 1일자 온라인 판에 게재되었다.
현재, 산업 폐수에서 비롯된 유해성 화합물(페놀류)을 정화하기 위하여 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.
지난 20여 년간, DmpR은 페놀에 특이적으로 반응하는 바이오 센서 단백질로 개발되어 왔다. DmpR의 페놀 인식 구조 및 활성 원리 규명은 다양한 유해 물질 탐지 바이오센서 개발을 위해 필요성이 강조되고 있었다.
합성생물학전문연구단 이승구 박사팀에서 개발되어 현재 다양한 미생물센서에 활용 중인 DmpR 연구를 토대로, 단일 분자 형광법(single-molecular photobleaching)과 엑스선 결정화(X-ray crystallography)를 통하여, DmpR의 분자적 수준의 전사 활성 원리를 분석 하였다.
단일 분자 형광법은 변화하는 단백질의 단일 분자를 추적하는 신기술로, 연구진은 다양한 전사 촉진 인자 변화에 의한 단백질 상태 변화를 추적 하였다. 그 결과 일반 상태에서 DmpR은 반응성이 없는 두 분자가 결합한 형태로 존재(이량체)하다가, 페놀 등 오염물질과 결합하면 4개의 분자가 모여있는 형태(사량체)로 변화하여, 오염물질 분해를 촉진시키는 활성화 상태로 변화함을 밝혔다.
질환표적구조연구센터 우의전 박사는“20여 년간 난제였던 페놀류인식 전사 촉진 시스템을 규명함으로서, 산업적으로 페놀 등 화학 오염물에 대해 특이적으로 반응하는 신규 바이오센서 제작의 이론적 토대를 제공하였고, 학문적으로는 신규 전사 시스템 규명이라는 성과를 얻었다”며“이러한 구조적 분석으로 페놀류뿐만 아니라 다양한 유해 물질 인식 재조합 DmpR 제작이 가능해져, 다양한 화학 오염물 진단에 응용이 가능할 것으로 예상한다”고 말했다.
