분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2008-08-20 12:11:04 , Hit : 4861
 세균이 바이러스의 공격을 막아내는 비밀병기: Cascade

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-08-16
동물(인간 포함), 식물을 비롯한 모든 생명체는 특정 바이러스에 감염될 수 있다. 세균도 예외는 아니다. 예컨대 인간의 경우 인플루엔자 바이러스, 담배의 경우 담배모자이크바이러스, 대장균의 경우 엔테로박테리아파지 람다에 감염될 수 있다. 세균들은 진화의 과정을 통하여 바이러스를 무력화하는 시스템을 발전시켜 왔다. 바이러스는 바이러스 나름대로 세균의 이러한 방어메커니즘을 회피하는 전략을 개발해 왔고, 세균은 다시 이러한 전략에 대응하는 시스템을 발전시켰다, 세균과 바이러스 사이에는 끊임업슨 군비경쟁(arms race)이 벌어지고 있는 것이다.

이와 관련하여, 네덜란드 바게닝겐 대학(Wageningen University)의 연구진은 영국(셰필드 대학) 및 미국(베데스타 대학)의 연구진과 함께, 세균이 바이러스의 위협에 대항하는 메커니즘을 규명하였다고 발표하였다. 이번 연구결과는 사이언스 8월 15일 호에 발표되었는데, 발효산업(fermentation industry)에서 세균을 보호하는 데 이용될 수 있을 것으로 보인다.

세균이 바이러스로부터 자신을 보호하는 데 사용하는 메커니즘은 이미 작년에 발견되었다. 즉, 세균은 교묘한 방법으로 바이러스의 DNA의 단편을 자신의 DNA 안에 도입한다. 도입된 DNA의 단편은 마치 앨범 속의 스냅사진처럼 세균 안에 저장되어, 차후에 동일한 바이러스에 감염될 때에 바이러스를 식별하는 도구로 사용된다. 세균이 동일한 바이러스의 침입을 받으면, 세균은 앨범 속의 스냅사진과 바이러스를 대조하여 바이러스를 식별한 다음, 이 바이러스를 파괴하는 시스템을 가동한다. 그러나 최근까지 이 시스템의 작동과정은 미스터리로 남아 있었다.

연구진은 이번 연구에서 세균이 바이러스를 파괴하는 시스템의 작동원리를 확실히 밝혀내었다. 연구진에 의하면, 세균이 보유하는 6개의 단백질이 이 시스템에 관여한다고 한다. 이 단백질은 세균이 보유한 바이러스의 DNA 단편을 이용하여 바이러스의 감염을 막는 것을 도와준다. 즉, 6개의 단백질 중 하나가 앨범으로부터 스냅사진을 꺼낸 다음, 다른 5개의 단백질과 합세하여 이 스냅사진과 바이러스의 DNA를 비교한다고 한다. 스냅사진과 동일한 것으로 확인된 바이러스는 세균의 항바이러스 반응에 의해 파괴된다.

이상의 메커니즘을 학술용어를 사용하여 다시 서술하면 다음과 같다. 세균은 바이러스의 핵산단편을 CRISPRs(clusters of regularly interspaced short palindromic repeats)에 저장한다. 세균의 Cas 단백질(CRISPRs-associated proteins)은 CRISPRs에 포함된 바이러스 핵산단편을 이용하여 세균의 항바이러스 반응을 매개한다. 즉, CRISPR가 전사(transcription)된 후에 Cas 단백질 복합체(Cascade라고 명명됨)는 CRISPR RNA 전구체를 도려내어 바이러스에서 유래하는 시퀀스가 포함된 조각만을 취한다. 성숙한 CRISPR RNAs는 Cas3(헬리카제)의 도움을 받아 Cascade가 바이러스의 증식을 방해하는 가이드 RNAs(guide RNAs)로 작용한다. 연구진은 세균의 항바이러스 반응이 일어나기 위해서는, Cascade가 CRISPR RNA 전구체를 도려내어 성숙한 가이드 RNAs를 형성하는 것이 반드시 필요하다는 것을 입증한 것이다.(보다 정확히 말한다면, 이러한 역할을 하는 것은 Cascade의 RNA 엔도뉴클레아제 서브유닛이다.)

이번 연구결과를 응용하면 세균을 바이러스로부터 보호하는 것이 가능하다. 우선 응용될 수 있는 분야는 발효산업이다. 발효산업의 경우 유용한 물질을 생성하는 세균에게 바이러스의 앨범을 제공하여(항바이러스 백신을 접종하여) 바이러스의 공격으로부터 보호할 수 있다. 이러한 과정을 역(逆)으로 적용하면 세균의 방어메커니즘을 불활성화시키는 것도 가능하다. 이는 바이러스를 이용하여 내성세균을 처치하는 데 사용될 수 있을 것으로 보인다.

SOURCE: "Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes", Science 15 August 2008:Vol. 321. no. 5891, pp. 960 - 964.








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