조병관 교수(한국과학기술원)가 책임자인 공동연구팀은 미래부 ‘글로벌프런티어사업’*의 지원을 받아 이번 연구를 수행하였으며, 연구결과는 생명공학분야 최고 권위의 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 6월 2일자에 게재되었다.

* 세계 최고수준의 원천기술 개발을 목적으로 10개 연구단 운영 중(’10~’22년)

논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

- 논문명: The Dynamic Transcriptional and Translational Landscape of the Model Antibiotic Producer Streptomyces coelicolor A3(2)

- 저자 정보: 조병관 교수(한국과학기술원), 콜린스미스(Colin P. Smith) 교수(University of Brighton), 김선창 교수(한국과학기술원), 노정혜 교수(서울대), 김병기 교수(서울대), 윤여준 교수(이화여대) 등 총 11명

방선균은 전 세계 항생제의 약 70% 이상을 생산하는 미생물로 알려져 있으며, 그동안 방선균 내에 존재하는 항생제 생산과 관련된 유전자 조절기작을 분자 수준에서 이해하려는 많은 노력이 있어 왔으나, 유전자 발현 및 조절과 관련된 정보가 규명되지 않아 항생제 생산성을 높이는데 걸림돌이 되어 왔다.

조병관 교수팀은 유전자 발현 시작지점 염기서열분석* 및 리보솜 결합 알엔에이(RNA) 염기서열분석** 데이터 등을 통합 분석함으로써, 세계 최초로 방선균의 유전자 조절기작을 규명하고 다양한 항생제의 대량생산을 위한 방선균 유전체 조작 시 활용 가능한 대용량의 정보를 확보 하였다.

* 디엔에이(DNA)로부터 알엔에이(RNA)가 합성되는 첫 번째 위치를 검출할 수 있는 기술로 알엔에이(RNA) 합성 및 번역과정(mRNA의 정보를 해석하여 단백질을 합성하는 과정)에 관련된 다양한 유전정보를 얻을 수 있음

** 수많은 알엔에이(RNA) 중 실제로 세포내에서 단백질로 번역되고 있는 알엔에이(RNA)의 양을 선택적으로 측정할 수 있어 유전자가 실제로 단백질로 번역이 되는지 관찰할 수 있음

특히, 항생제 생산과 관련된 유전자가 엠알엔에이(mRNA)로부터 단백질이 합성되는 단계에서 번역 버퍼링현상*에 의해 조절받는 것을 확인하여, 항생제 대량생산을 위한 단백질 합성속도의 조절기작을 규명하였다.

* 엠알엔에이(mRNA) 증가 속도보다 그 번역과정에서의 항생제 생산 단백질 합성 속도가 느린 현상

본 연구결과는 향후 합성생물학 기술을 이용하여 번역 수준 조절을 받는 항생제 합성관련 유전자들을 변형시켜 항생제 생산성을 증대시킬 수 있는 가능성을 제시하였다.

조병관 교수는 “이번 연구는 방선균을 이용한 항생제 생산을 이해하기 위한 시스템적 분석의 지평을 열었고, 다양한 미생물에 적용 가능한 분석 전략을 제공하여 향후 산업적 이용을 위한 합성생물학 기반 미생물 세포공장 구축에 기여할 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.