철과 미네랄을 이용해 성장하고 에너지를 만들어내는 박테리아 단백질

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-19

오염된 토양을 정화하고 바이오 연료를 위한 작물을 재배하는 것은 미생물이 지표 밑의 미네랄(subsurface mineral)들을 어떻게 변형하는지를 충분히 이해하는 데서 많은 도움을 얻을 수 있다. 이제 미국 과학기술, 에너지 연구소(Pacific Northwest National Laboratory), 이스트앵글리아대(University of East Anglia), 유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 연구자들이 다중 헴 사이토크롬(multi-heme cytochrome)이라고 불리는 단백질 사슬의 미네랄 변형 메커니즘을 밝혀냈다. 그 단백질들은 다양한 일을 수행하며 특히 전자전달자(electron conduit)의 역할을 하고 다양한 형태로 존재한다. 미생물인 스와넬라 오네이덴시스(Shewanella oneidensis)를 대상으로 한 이번 논문은 Journal of the Royal Society Interfaces에 게재되었다. 이에 대해 PNNL의 지질화학자이자 이번 논문의 주저자인 Kevin Rosso 박사는 "이 단백질들은 질소(nitrogen), 황(sulfur), 철(iron) 등의 생지질학적인 순환에 영향을 주는 전자전달 반응에 관여한다. 다중-헴 시토크롬(multi-heme cytochrome)의 속성들은 다학문간의 관심을 끌고 있으며 바이오 에너지와 바이오 전자장치에 있어서 많은 부분을 기여할 것으로 알려져 있다. 지표면 밑의 환경(subsurface environment)이라 불리며 당신이 서 있는 땅 밑의 토양, 암석, 물 등의 환경적인 요인들은 결코 간단하거나 정적이지 않다. 하지만 많은 연구자들이 농장에서 영양분들이 어떻게 모이고 퍼져나가며 핵폐기물 매립지와 같은 곳에서 우라늄이 고정되는지를 이해하지 못하고 있다. 이 논문에서는 이와 관련된 복잡하고 동역학적인 프로세스의 핵심에 대한 정보를 제공하며 관련된 또 다른 연구에 대한 기회를 제공하고 있다. 언젠가는 다중-헴 시토크롬(multi-heme cytochrome) 반응이 바이오 기반의 배터리를 만드는데 기여할 수 있을 것이다. 그 이유는 무엇일까? 인간이 에너지를 얻기 위해 산소를 소비하는 것과 마찬가지로 미생물들이 에너지를 얻기 위해 철을 이용하는 경우, 관련된 전자의 흐름들은 사로잡혀 연료전지에 있어서의 전극과 같은 목표로 전달될 수 있다. 이와 관련해 이스트앵글리아대의 Julea Butt 교수는 "이러한 박테리아들은 우리 주변의 적절한 환경에서 전기를 만들어낼 수 있다"고 말했다. 자신들의 연구 논문에서 4명의 연구자들은 다중-헴 시토크롬(multi-heme cytochrome)의 구조, 속성, 기능 등에 대해 논의하고 있다. 그들은 특히 어떻게 이들이 자신들의 전자들을 전달하는 지에 관심을 가졌다. 이에 대해 Butt는 "이러한 결과들은 어떻게 몇몇 박테리아 종들이 세포의 안쪽에서 바깥쪽으로 전자를 이동시키는지에 대한 메커니즘을 보다 잘 이해할 수 있게 도와준다"고 말했다. 연구자들은 이 논문에서 다중-헴 시토크롬(multi-heme cytochrome)에 대한 다양한 질문에 대해 답하고 있지만, 아직 많은 부분들이 답을 찾지 못한채 남아있다. 이에 대해 Rosso는 "만약 우리가 전자전달자로서 단백질들의 인코딩(encoding)과 이들의 기능 사이의 관련성을 밝혀낼 수 있다면 우리는 관련 분야에 새로운 진보를 이룰 수 있을 것"이라고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [Breuer M, KM Rosso, J Blumberger, and JN Butt. 2014. "Multi-haem Cytochromes in Shewanella oneidensis MR-1: Structures, Functions and Opportunities." Journal of the Royal Society Interfaces 12: 20141117. DOI: 10.1098/rsif.2014.1117]를 참고하기 바란다. 그림: 바이오 연료를 만들기 위해 배양되고 있는 미생물 C2.jpg http://phys.org/news/2014-12-bacterial-proteins-iron-minerals-energy.html