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대장균 유전자 지도 그렸다



 



한미프 공동연구팀 대장균 2종 게놈 완전 해독


의약용 물질 생산과 유전자 연구에 사용되는 대장균의 게놈(유전체) 지도가 완성됐다. 한국생명공학연구원 바이오시스템연구본부 김지현 박사팀은 14일 “제약과 유전자 연구에 사용되는 BL21(DE3)와 REL606 대장균 2종의 유전체 염기서열을 완전히 알아냈다”고 밝혔다.

BL21(DE3)은 다양한 산업 및 의약용 유용단백질과 효소를 대량 생산하기 위한 세포공장 등 합성생물학 기술에 널리 쓰이고 있다. 또 다른 대장균인 REL606은 장기간 진화실험을 통한 환경 적응과 유전자 변이를 비교하는 연구의 모델로 사용된다.

이번 연구는 교육과학기술부가 후원하는 21세기 프론티어 미생물유전체활용기술개발사업의 지원으로 추진됐으며 학술적 성과를 인정받아 지난 달 28일 발행된 ‘국제분자생물학저널(JMB)’ 인터넷판에 게재됐으며 다음 달 표지논문으로 소개될 예정이다.

대장균은 항온동물의 대장에서 살며 식중독을 일으키는 O157균이나 이질균 같은 병원성 균을 제외하고 대부분 해롭지 않다. 비타민K를 합성하고 병원균의 정착을 막는 등 체내 유익한 활동을 한다. 특히 키우고 다루기가 쉬워 미생물학과 분자생물학 등 생명체 기초 연구에 많이 사용된다. 각종 재조합 단백질이나 유용물질 등을 생산하기 위해 생명공학에도 널리 이용된다.





이들 유전체 해독은 전통적인 분석방식인 생거 방식과 차세대 기술인 님블젠과 파이로시퀀싱 방식이 모두 동원됐다. 그 결과 BL21(DE3)과 REL606에서 각각 455만7508개, 462만9812개 염기쌍으로 이뤄진 유전체 서열을 확보했다. 이들 공통 조상인 B균주로부터 갈라져 나온 두 균주의 유전체 서열을 분석한 결과 수 차 례 일어난 돌연변이와 끊어지고 새로 이어진 서열을 발견하기도 했다.

연구진은 유전체 서열 정보를 기초로 대장균간 비교 연구를 수행하기도 했다. 실제로 B균주와 K-2균주의 경우 유전체 크기와 배열이 거의 비슷한 것으로 나타났다. 염기서열도 92%의 영역에서 99% 이상 동일하게 나타났다. 이는 침팬지와 사람간의 유전적 차이와 비슷한 수준. 세포벽을 형성하는 부분에서는 뚜렷한 차이가 드러나기도 했다.

특히 32종에 이르는 병원성 또는 비병원성 대장균과 이질균 유전체를 비교한 결과 이들이 1730개 유전자를 공통적으로 갖고 있다는 사실도 확인했다. 또 특이 유전자까지 포함한 팬 게놈 유전자는 1만개가 넘을 것이란 결론도 얻었다. 이질균이 비병원성 공생균, 장내 병원균 및 장외 병원균 그룹보다 현저히 작은 코어게놈을 갖고 있고, 이는 결국 이질균의 진화를 가속화하는 촉진 요인이라는 것이다.





이번 연구는 김지현 박사팀 주도로 미국, 프랑스 과학자들이 참여한 국제 컨소시엄 방식으로 이뤄졌다. 미국 브룩헤븐국립연구소 윌리엄 스튜디어 박사와 미시간주립대 리처드 렌스키 교수가 각각 BL21(DE3)과 REL606 균주를 제공했고 생명연 김지현, 박홍석, 허철구 박사 연구팀과 KAIST 김선창 교수팀이 유전체 서열 해독과 해석, 비교를 담당했다. 프랑스 게노스코프연구소 파트릭 디젤런 박사팀도 독자적으로 REL606 균주와 DNA를 제공받아 유전체 해독 과정을 수행했다.

이번 연구를 주도한 생명연 김지현 박사는 “대장균 2종의 유전체 지도를 확보함으로써 향후 생명체의 대사 네트워크의 예측과 분석, 세포공장 균주의 효율화를 위한 발판을 마련했다”고 설명했다. 미생물유전체프론티어 사업단 오태광 단장은 “유전체 지도를 확보하게 됨에 따라 바이오 에탄올과 부탄올 디젤 등 바이오매스와 기반 제품의 원료를 생산하는 산업용 세포공장을 맞춤형으로 만들 수 있게 됐다”고 설명했다.

 

 

 

 



박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com



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