항생제 속의 황의 원천(source)에 대한 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-22

상해 중국과학원(Chinese Academy of Sciences) 소속의 연구자들이 처음으로 항생제로 널리 이용되고 있는 린코사마이드(Lincosamide)인 린코마이신 A(lincomycin A)에 존재하는 황(sulfur)의 원천이 무엇인지를 발견하는데 성공했다. Nature지에 게재된 논문에서 연구자들은 자신들의 연구 노력과 그 결과에 대해 자세하게 설명하고 있다. 이에 대해 뉴멕시코대(University of New Mexico)의 Charles Melancon은 동일한 저널에서 연구팀에 의해 수행된 내용을 설명하고 있다. Melancon이 언급한 것처럼, 황을 구성요소로 생물학적 프로세스를 진행하고 있는 많은 중요한 분자들이 존재하고 있으며 이들의 대사적 기원이 예측가능한 것과 달리 황의 경우는 이러한 예측이 매우 힘들다. 몇몇 분자들에 대해 그러한 장애물을 극복하는 것은 새로운 의약품을 개발하는 일 등에 있어서 매우 중요하다. 이번 새로운 연구에서 연구자들은 수년 동안 그램 양성 박테리아(Gram-positive bacterial) 감염에 대한 항박테리아제로 널리 이용되어 온 린코마이신 A(lincomycin A)에 연구를 집중했다. 황의 기원을 정확하게 발견하기 위해, 연구자들은 유전자를 제거했을 때, 만들어지는 중간체를 분리해 이들과 관련된 경로를 역추적하는 연구를 수행하였으며 이 과정에 현재적인 전체 지놈 시퀀싱 기술(whole genome sequencing)을 이용했다. 그렇게 하는 과정에서 lmbE를 제거하는 것이 린코마이신과 같아 보이는 중간체를 보다 많이 생산하게 할 수 있다는 것을 알게 되었으며 이러한 과정에서 린코마이신이 생산되는 것에서 나타나는 lmbV라는 유전자에 대한 보다 많은 연구를 수행할 수 있었다. 연구팀은 또한 항생제의 일부에 황이 들어가게 되는 방법과 이들에 관여하는 유전자들을 알아낼 수 있었다. 보다 자세하게, 연구자들은 린코마이신 A의 생합성에 관여하는 두 개의 박테리아 티올(thiol)을 발견하는데 성공했다. 연구팀은 다음으로 유전자가 삽입되어 만들어진 물질들을 분리하고 그 과정에 관여하는 효소들의 기능을 연구했다. 연구팀에 의해 수행된 연구는 다른 분자들에서 황 원자의 기원을 찾고자 하는 다른 연구자들의 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 보이며 이를 통해 항생제에서부터 암 치료제에 이르기까지 다양한 의학적 목적으로 이용될 수 있는 다양한 재료 물질을 만들어낼 수 있을 것으로 보인다. 생명체에서 저분자 티올(thiol)들은 다양한 외부 혹은 내부 스트레스에 대해 자신들을 보호하는 산화환원(redox) 반응에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 진핵생물과 그램 음성 박테리아에서, 가장 주요한 티올은 시스테닐(systeinyl)을 포함하고 있는 트리펩타이드(tripeptide)인 글루타티온(glutathione, GSH)이다. 반대로 그램 양성 박테리아나 항생제를 만들어내는 미생물들에 있어서는 미코티올(mycothiol)이 주요하다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [Metabolic coupling of two small-molecule thiols programs the biosynthesis of lincomycin A, Nature (2015) DOI: 10.1038/nature14137]을 참고하기 바란다. 그림: 린코마이신의 볼-막대 모형 C3.png http://phys.org/news/2015-01-unravel-elusive-source-sulfur-antibiotic.html