분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2015-02-25 11:09:50 , Hit : 1255
 세균이 위협을 기억하는데 도움을 주는 바이러스 절단 효소


http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015020357&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-25  
    

  
세균은 뇌가 없지만 기억력은 있는 것으로 보인다. 적어도 바이러스가 세균을 공격하기 위해서 다가왔을 때에는 기억을 만들어낸다고 한다. 여러 세균들은 이전에 직면했던 바이러스를 다시 만나면 파괴하기 위하여 바이러스의 DNA 조각을 획득하여 보관하는 분자 면역계를 유지시키는 것으로 생각되고 있다. 이번에 미국 록펠러대학의 과학자들이 ‘Nature’에 논문으로 발표한 결과에 따르면, 세균이 바이러스 절단 효소를 가이드로 이용하기 위하여 바이러스의 DNA를 미생물의 유전체에 인코딩시키는 미스터리한 경로를 보유하고 있다고 한다.

동대학 세균학 실험실 책임자인 Luciano Marraffini 교수는 “미생물들도 척추동물과 마찬가지로 새로운 위협에 적응하게 해주는 면역계를 보유하고 있다. 이들 시스템에서 활용되는 효소 중 하나인 Cas9는 바이러스의 유전자 코드를 자르는데 면역학적 기억을 이용하고 있다. 그러나 이들 면역학적 기억을 첫 번째 단계에서 어떻게 획득되는지에 대해서는 많은 것이 알려져 있지 못한다. 이번 연구에서는 Cas9가 특정 세균들 사이에서 이들 기억 형성에 직접적인 영향을 끼치고 있음을 보여주고 있다”고 설명했다.

세균의 면역계 연구에서 발견된 CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)에는 박테리오파지(bacteriophage: 세균에 감염되어서 세균을 폭파시키는 용해성 바이러스의 일종)에 대항하기 위한 세균의 여러 효소 단백질들이 포함되어 있다. CRISPR은 세균의 유전체에 변화를 주어서 반복되는 DNA 배열 사이에서 spacer라 불리는 짧은 바이러스 배열을 추가하게 된다. 이들 spacer가 이전의 바이러스와 같은 침입자들에 대한 기억에서 유래한다고 한다. CRISPR-연관 유전자(Cas)를 코딩하는 효소들의 가이드 역할을 하여 동일한 바이러스가 세균을 다시 감염시키려고 시도할 때에 찾아서 파괴하는데 도움을 주게 된다.

CRISPR의 여러 단백질 중에서 Cas9는 DNA 절단 효소이다. Cas9가 유전체에서 바이러스나 다른 침입자의 유전자 서열을 찾아서 정확하게 절단시키는 능력은 과학자들의 큰 관심을 모으고 있다. 때문에 Nuclease의 일종인 Cas9는 실험이나 치료 목적으로 세포의 유전체를 변형하는데 이용되고 있다. 그러나 아직도 CRISPR이 자생 세균(native bacteria)에서 어떻게 작용하는지에 대해서는 충분히 이해되지 못하고 있다. 더하여 일부 연구들에서는 Cas 효소가 Cas9 없이도 스스로 기억 형성 경로를 통제할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 연구팀은 절단 부위를 찾는데 Cas9가 역할을 하기 때문에 면역 기억 형성에서도 핵심적인 역할을 하는 것으로 생각하게 되었다고 한다.

이번 연구에서 Cas9는 CRISPR이 세균의 유전체에서 바이러스 DNA를 찾는 것에 더하여 주변의 2차 단서인 바이러스 DNA의 PAM (protospacer adjacent motif) 배열을 찾는데도 필요한 것으로 나타났다. PAM 배열이 부재일 경우에는 Cas9가 세균의 자체 기억 함유 DNA의 공격을 차단하기 때문에 이 단계가 매우 중요하다고 한다. 연구팀의 Robert Heler는 “Cas9는 바이러스 DNA를 자르기 전에 PAM 배열을 인식해야 하기 때문에 바이러스를 처음 대면하여 시스템이 기억을 형성할 때에 Cas9이 PAM 배열을 우선 인식하는 듯하다. 이것이 Cas9의 새롭고 예상하지 못했던 역할”이라고 밝혔다

연구팀은 자신들의 가설을 시험하기 위하여 서로 다른 PAM 배열을 인식하는 Streptococcus pyogenes와 Streptococcus thermophilus의 면역계 사이에서 Cas9 효소를 교환시켰다. 결과적으로 2종의 세균 사이의 Cas9의 교환에 따라서 기억 형성으로 인식되는 PAM 배열도 바뀌는 것으로 나타났다. 다른 시험에서는 PAM 배열에 결합하는 Cas9의 일부를 변형시키자 세균이 표적 바이러스 배열을 무작위로 취득하기 시작하여 작용할 수 없게 되는 것으로 나타났다. 연구팀의 Poulami Samai 박사는 Cas9와 다른 3종의 Cas 효소인 Cas1, Cas2, Csn2 사이의 관계를 조사했다고 한다. 이들 효소들은 동일한 CRISPR 시스템의 요소이지만 Cas9의 도움 없이도 기억을 형성시키는데 역할을 하는 것으로 추측되고 있다. 연구팀이 이들 효소를 동시에 발현시키고, 각각을 표지한 후에 정제하려고 시도했다. 그러나 매번 실험할 때마다 이들 효소들은 동시에 섞여서 정제할 수 없었다고 한다.

Samai 박사는 “이러한 사실은 이들 4종의 효소 사이에서 일종의 상호 작용이 있으며, 이들이 기억을 획득할 때에 복합체를 형성하는 것을 가리키고 있다”고 설명했다. Marraffini 교수는 “생명공학 분야의 중요성 때문에 Cas9는 표적에 대한 작용이나 바이러스 유전체의 절단에 대하여 많은 관심을 모으게 되었다. 우리 연구는 면역 기억 형성에 대한 Cas9의 역할이 세균의 적응 면역을 가능하게 해줌을 보여주고 있다”고 밝혔다.

그림설명: 세균에서 Cas9의 면역 기억 형성 과정

Journal Reference: Robert Heler, Poulami Samai, Joshua W. Modell, Catherine Weiner, Gregory W. Goldberg, David Bikard, Luciano A. Marraffini. Cas9 specifies functional viral targets during CRISPR–Cas adaptation. Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature14245


http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150220142617.htm







867   중국의 인간배아 유전자편집 연구를 바라보는 상반된 시각  이성욱 2015/04/28 1370
866   유전자 조작인간배아를 만들어낸 중국과학자들  이성욱 2015/04/27 1038
865   항체를 이용한 HIV치료법  이성욱 2015/04/15 980
864   CRISPR의 능력을 배가(倍加)시키는 미니 유전자  이성욱 2015/04/02 1151
863   여러 질환에 대한 치료제의 가능성을 보여준 신물질  이성욱 2015/03/31 997
862   안젤리나 졸리 이번엔 난소 절제, `졸리 효과` 부활하나?  이성욱 2015/03/31 999
861   Gilead secures approval in Japan for Sovaldi to treat genotype 2 chronic HCV  이성욱 2015/03/31 974
860   수지상 세포의 항암 작용을 향상시키는 갑상선 호르몬  이성욱 2015/03/30 1213
859   화학적 태그로 미래의 마이크로 RNA 표시  이성욱 2015/03/30 1483
858   생명탄생의 수수께끼를 해결한 화학자들  이성욱 2015/03/18 969
857   흔한 헤르페스 약물, 헤르페스 감염과는 별도로 HIV-1 수준 낮춘다.  이성욱 2015/03/17 1582
856   인간배아 DNA편집을 둘러싼 논란  이성욱 2015/03/17 1023
855   상처 치유 관련 미스터리 이해  이성욱 2015/03/17 945
854   First U.S. biosimilar is not considered interchangeable  이성욱 2015/03/11 996
853   Drug flushes out hidden AIDS virus  이성욱 2015/03/07 1053
852   숙주 세포와는 별도로 그 활성을 조절하는 HIV  이성욱 2015/03/03 1184
  세균이 위협을 기억하는데 도움을 주는 바이러스 절단 효소  이성욱 2015/02/25 1255
850   iPS세포 '미니 간' 대량생산장치 개발  이성욱 2015/02/23 1041
849   Paying for gene therapy: are annuities the next big thing?  이성욱 2015/02/22 1020
848   부모의 특징을 자식에게 전달하는 방식: 박테리아의 DNA  이성욱 2015/02/19 1108

[이전 10개] [1].. 21 [22][23][24][25][26][27][28][29][30]..[64] [다음 10개]
 

Copyright 1999-2021 Zeroboard / skin by ROBIN