Science
생체내 살충제 해독 성공!
장종엽엔에스
2010. 3. 19. 00:32
| KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-08 | ||||||
이 작은 벌레는 자연 개구(natural openings)을 통해서 곤충의 유충에 침입하고, 또한 이곳을 통해 박테리아를 “방출하는 작업(cough up)”을 진행한다. 발광 박테리아에 의해 생산되는 박테리아의 독성은 곤충의 유충을 죽이고, 이로써 선충과 박테리아의 확산에 필요한 더 큰 영양분의 창고를 마련한다. 이러한 이유로, 벌레와 박테리아는 생명 유지에 꼭 필요한 살충제로써 종종 사용된다. 포토하브더스 루미네신(Photorhabdus Iuminescens)은 Tc 단백질(Tc proteins)이라는 크고 복잡한 독소 합성물로부터 다양한 종류의 독소를 만든다. 생물학적으로 활성화된 이 합성물은 TcA, TcB, TcC의 세 가지 요소로 구성된다. 지금까지, 과학자들은 이러한 독소의 작용 기작(mode of action)과 효소적 활동(enzymatic activity)에 대해 명확히 밝히지 못했다. 크라우스 아크토리스(Klaus Aktories) 교수와 구둘라 쉬미트(Gudula Schmidt) 박사가 주도하는 프라이부르크 대학(University of Freiburg)의 연구팀은 곤충과 포유류 세포에 있어 독소의 효과를 조사하였다. 본 연구를 위해 미국의 다우 애그로사이언스(Dow AgroSciences, USA)의 연구진과 독일 서부에 위치한 도르트문트(Dortmund)의 보훔 대학교(University of Bochum)와 막스 플랑크 연구소(Max Planck Institute)의 분자 생리학 박사인 한스 지오그 만헤츠(Hans Georg Mannherz) 교수가 공동연구를 수행하였다. 연구팀은 생물학적 활동성이 TccC3와 TccC5로 구성된 TcC에 국한되는 현상을 설명할 수 있었다. TccC3과 TccC5, 이 두 개의 독소 요소들은 박테리아를 흡입하고 제거하는 등 면역 세포의 필수 방어 메커니즘을 억제하는 효소들이다. 독소들은 곤충 유충의 목표 세포에 두 가지 다른 방법으로 영향을 준다. 아미노산 트레오닌-148 (threonine)에 아데노신3인산-리보오스(ADP-ribose, adenosine diphosphate) 추가 함으로써 TccC3은 세포골격(cytoskeleton) 단백질 액틴(actin, 근육을 구성하며 그 수축에 필요한 단백질의 일종)을 직접 변경한다. 따라서TccC3은 액틴(actin, thymosin- β4)의 조절 장치를 먼저 제거하게 되고, 결과적으로 세포골격의 중합(polymerization, 重合)을 상당히 증가시킨다. 두 번째 독소인 TccC5는 로우(Rho) 단백질에서 액틴(actin) 세포골격의 조절을 위한 스위칭(switching) 단백질을 변화에 영향을 미친다. 이러한 조절 장치는 세포 내에서 액틴(actin)의 개폐를 관장한다. TccC5는 아미노산 글루타민-63(amino acid glutamine-63)에서 아데노신3인산-리보오스(ADP-ribose, adenosine diphosphate) 추가에 의해 스위치를 조절하고, 스위치가 폐쇄되는 것을 방지한다. 체내에서 로(Rho) 단백질은 영구적으로 활동하며 액틴(actin)의 중합(polymerization, 重合)을 촉진시킨다. 이 두 독소들은 액틴(actin) 세포골격의 강한 응집을 이끌며, 클러스터(cluster, 집단)를 형성한다. 이 응집과 집단은 세포의 일반 기능과 면역 방어 체계와 서로 양립할 수 없는 문제점이 있다. 곤충의 세포에 침투하기 위해서, TccC3과 TccC5 독소들은 숙주 세포에 구멍을 내는 역할을 하는 TcA가 필요로 하며, 이를 이용하여 이들 독소들은 세포 내부로 뚫고 들어가기 된다. Tc 단백질은 인간에게 에르시니아 감염증(Yersinia pseudotuberculosis)과 페스트균(Yersinia pestis)과 같은 병원성 박테리아로 작용함이 밝혀졌다. Tc 단백질 원형에 대한 분자학적 메커니즘을 완벽히 설명하기 위해서는 살충제와 인간의 병원성 박테리아로부터 발생하는 가장 중요한 Tc 단백질을 이해하는 것이다. 1. 논문 정보: Alexander E. Lang, Gudula Schmidt, Andreas Schlosser, Timothy D. Hey, Ignacio M. Larrinua, Joel J. Sheets, Hans G. Mannherz, and Klaus Aktories. Photorhabdus luminescens Toxins ADP-Ribosylate Actin and RhoA to Force Actin Clustering. Science, 2010; 327 (5969): 1139 DOI: 10.1126/science.1184557 2. 그림설명: 포토하브더스 루미네신 (Photorhabdus Iuminescens) 박테리아에 감염된 꿀벌부채명나방(Galleria mellonella). (A) (왼쪽) 포토하브더스 루미네신 (P. Iuminescens) 박테리아 감염 후의 벌집나방(greater wax) 애벌레, (중앙) 비감염 24시간 경과 후 , (오른쪽) 비감염 48시간 경과 후. (B) 포토하브더스 루미네신 (Photorhabdus Iuminescens) 박테리아의 생물 발광(bioluminescence). 감염 후 곤충 애벌레, 포토하브더스 루미네신 (Photorhabdus Iuminescens) 박테리아가 빛나기 시작함. (C-F) 주요 혈구에 고립된 포토하브더스 루미네신 (Photorhabdus Iuminescens) 박테리아 독소들의 효과 (C) TccC3 처리된 결과. (D) TccC5 처리된 결과. (E) TccC3과 TccC5가 동시에 처리된 결과. (F) 목표 세포의 세포골격을 파괴하는 두 독소들. 3. 생물발광(bioluminescence, 生物發光): 생물발광은 반딧불, 조개물벼룩, 불똥꼴뚜기 등 수 많은 생물에서 발견되고 있다. 식물에서는 버섯 등 균류에서 50 여 종의 발광생물이 잘 알려져 있으며, 쌍편모조류에서 약간 발견되고 있다. 동물에서는 해산 동물에서 특히 많이 발견되고 있으며, 미생물에서도 세균류에 약 70 종이 알려져 있다. 생물발광은 어떤 유기화합물이 효소의 작용으로 산화되면서 방출되는 에너지가 빛 에너지의 형태로 나오는 현상으로 일종의 광화학반응이다. 발광물질은 루시페린(luciferin)으로 이 물질의 분자 구조는 발광생물의 종류에 따라 다르지만 산화되면서 빛을 발생하는 기본적 기구는 생물의 종류에 관계없이 공통적이다. 이 발광 기구는 반딧불이에서 많이 연구되고 있는데, 그 개요는 다음과 같다. 즉, 발광물질인 루시페린은 ATP와 결합하여 루시페린-ATP의 복합물을 형성하면서 무기인산 H3PO4 두 분자를 생산한다. 이 때 루시페린은 환원형이서 LH2와 같이 표기된다. 이 반응에서 생긴 LH2-AMP는 산소와 반응하여 산화되면서 불안정한 에너지 상태에 있게 된다. 따라서 이 불안정한 상태의 산화 산물은 곧 분해되어 산화형 루시페린과 AMP를 생성하면서 빛을 낸다. 루시페린 한 분자의 산화에서 1광량자가 방출되는 것으로 계산되고 있으므로, 생물발광은 광효율이 매우 높아서 열의 발생을 거의 수반하지 않는다. 따라서, 생물발광에서 나오는 빛을 냉광이라고 한다. http://100.naver.com/100.nhn?docid=88276를 참고하여 정리하였음.
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