KAIST 강창원 명예교수·서울대 홍성철 교수 공동동구팀두가지 세균 RNA 합성방식 중 바이러스에 한 가지만 있다는 사실 밝혀내세균이 바이러스로부터 진화할 때 획득한 추가 방식으로 해석향후 RNA 백신과 차세대 의약품 개발생산 응용 가능
  • ▲ 그림은 바이러스와 세균에서 전사 종결방식의 차이.ⓒKAIST
    ▲ 그림은 바이러스와 세균에서 전사 종결방식의 차이.ⓒKAIST
    KAIST와 서울대가 바이러스와 세균의 진화를 규명하는 데 성공함에 따라 RNA 백신과 차세대 의약품 개발생산에 응용 가능성이 커졌다.

    KAIST는 19일 “생명과학과 강창원 명예교수(KAIST 줄기세포연구센터 고문)와 서울대학교 물리천문학부 홍성철 교수의 공동연구팀이 세균의 리보핵산(RNA) 합성방식 두 가지 중 하나가 바이러스에는 없다는 것을 발견하고, 세균이 바이러스로부터 진화하면서 획득한 방식을 처음 밝힌 연구 논문을 핵산 분야 최상급 국제학술지에 게재했다”고 밝혔다.

    유전자 DNA의 유전정보에 따라 RNA를 합성하는 효소가 RNA 중합 효소이고, 유전정보가 DNA에서 RNA로 옮겨 적히기에 전사(轉寫)라고 부르는 유전자 발현 첫 단계를 수행하며, RNA 백신 등 첨단 RNA 의약품을 개발 생산하는 데에 쓰인다. 연구팀은 세균 바이러스의 RNA 중합 효소를 연구해서 생물로 진화하기 이전 태초의 RNA 합성(전사) 방식을 밝힌 것이다.

    유전자에 따라 다른 게 아니라 어느 유전자든 전사 마무리 방식에 두 가지가 있다는 것을 수년 전 세균에서 발견했고, 세균보다 진화한 진핵생물 효모의 유전자 전사에서도 두 방식이 모두 쓰인다는 것이 지난달에 보고됐다. 사람도 진핵생물이어서, 세균과 효모뿐 아니라 사람까지 온갖 생물의 유전자 전사에 두 방식 모두 쓰일 개연성이 커졌다.

    그런데 이번 연구에서 세균 바이러스의 방식은 세균이나 효모와 사뭇 다르다는 것이 밝혀졌다. 바이러스의 경우 재생종결 없이 해체종결만 일어나는 것이다. 이를 토대로, 연구팀은 RNA 중합 효소가 세균에서 바이러스와 달리 적응하면서 해체종결에 재생종결이 추가돼 두 방식이 공존하게 됐고, 최소한 효모로의 진화에서 그대로 보존됐다는 해석을 제시했다.

    이번 연구에서 거푸집 DNA와 전사물 RNA에 각기 다른 형광물질을 부착해 전사 복합체 하나하나의 형광을 실시간으로 측정하는 단일분자 형광기술 연구기법이 사용됐다. 전사 종결로 RNA가 방출될 때 DNA가 효소에 붙어있는지 떨어지는지를 낱낱이 구별할 수 있게 설계한 것이 특장점이다. 특히 형광물질이 전사 반응에 지장을 주지 않도록 하는 게 관건이었다.

    송은호 박사후연구원과 한선 박사과정 대학원생이 공동 제1 저자로 참여한 논문(Single-mode termination of phage transcriptions, disclosing bacterial adaptation for facilitated reinitiations)이 학술지 핵산연구(Nucleic Acids Research)에 지난 16일 게재됐다. 

    연구를 주도한 강창원 교수는 “이번 연구를 통해 수 초 동안의 분자 반응에서 유구한 진화과정을 밝혀냈고, 앞으로 더 광범위한 진화를 연구할 계획”이라고 말했다. 

    홍성철 교수는 “분자 하나하나를 관찰해 복잡한 생물체의 진화를 파악했고, 이런 단일분자 연구기법을 차세대 RNA 의약품과 진단 시약의 개발에 응용하는 연구로 이어가겠다”고 전했다.