MSK 2021 International Meeting of the Microbiological Society of Korea

8.25 Wed-27 Fri, 2021  CECO,Changwon, Korea

KMB2021 48th Annual Meeting& International Symposium

The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

Jun23(Wed)-25(Fri), 2021 BEXCO,Busan,Korea

연세대 반용선 교수팀, 곰팡이 감염증 조절 탈인산화효소 대량 발굴 – 새로운 항진균 타깃 발굴을 통한 항진균제 개발가능 – 24일 네이처커뮤니케이션즈 게재

연세대학교 반용선 교수(생명공학과) 연구팀은 농림식품기술기획평가원(원장 오병석, 이하 ‘농기평’)의 농식품 R&D 과제 지원을 통해 ‘곰팡이 감염증 조절 탈인산화효소의 대량 발굴’에 성공하였다고 밝혔다. 탈인산화효소는 다양한 단백질의 번역 후 변형, 신호전달 등 많은 생체 기능을 조절하는 것으로 알려졌으며, 많은 연구에서 약물 타깃으로 이용되고 있는 인산화효소와 짝을 이루어 인산화기를 떼어내는 조절방식을 갖는 신호전달 인자이다. 세포의 생장과 스트레스 반응 등에 관여하는 주요 신호전달과정에 관여한다고 알려져 있음에도 불구하고 병원성 곰팡이에서의 게놈수준의 탈인산화효소 연구는 부족한 상황이다. 이에 농림축산식품부와 농기평은 포스트게놈 다부처 유전체사업을 통해 2018년부터 ‘농·식품 유용 미생물의 다중오믹스 기반 유용 유전자원 발굴 및 가치제고화 기술 개발’에 대한 연구를 지원하였다. 이번 연구를 주관한 연세대학교 반용선 교수 연구팀은 “뇌수막염 유발 병원성 곰팡이인 크립토코쿠스 네오포만스(Cryptococcus neoformans)를 모델 시스템으로 활용하여 병원성 곰팡이 내의 탈인산화효소 유전자 114개를 게놈 수준에서 발굴하고, 이들에 대한 통합적 기능분석과 대용량 동물실험을 통하여 곰팡이성 뇌수막염을 일으키는데 중요한 탈인산화효소 31개를 대량 발굴하는데 성공하였다. 연구팀은 “탈인산화효소는 최근 항진균 타깃으로 각광받는 인산화효소와는 반대로 인산화기를 제거하는 방식으로 단백질 작용을 조절하는데, 약 30퍼센트 정도의 단백질이 인산화/탈인산화에 의해 조절되는 것으로 알려져 있어, 역시 중요한 약물개발 타깃으로 인정받고 있다. 대표적인 탈인산화효소 저해제 중 하나인 FK506 (Tacrolimus)는 현재 임상적으로 가장 많이 사용하고 있는 면역억제제 중 하나다.”라고 이번 연구의 중요성을 설명했다. 연구팀은 이 곰팡이 병원성을 조절하는 31개의 탈인산화효소에 대한 연구를 통해 이들 중 탈인산화효소들이 코립토코쿠스의 온도저항성, 병독성인자인 멜라닌과 캡슐 생성, 다양한 스트레스 조건에 대한 반응 등에 관여하는 것을 밝혔으며, 이 중 Xpp1, Ssu72, Siw14 및 Sit4 탈인산화효소가 크립토코쿠스의 뇌감염 과정에서 중요한 뇌-혈관장벽 부착과 통과에 관여함을 밝혔다.

연세대 반용선 교수 연구팀은 “이번 연구와 더불어 본 연구팀에서 선행연구로 진행된 인산화효소와 전사인자와의 데이터베이스를 통합하였고, 이를 통해 주요 신호전달에 관여하는 유전자 기능분석연구를 통합적으로 진행할 수 있게 되었다. 병원성 곰팡이의 감염증 발병과 관계된 신호전달체계에 대한 통합적인 이해는 감염증 발생에 관여하는 유전자의 기능을 명확하게 밝힐 뿐만 아니라, 이러한 유전자를 타깃으로 하는 새로운 항진균제를 개발하여, 전 세계적으로 연 15조원 규모의 항진균제 시장에 국내 기술로 진입할 수 있는 원천기술을 제공할 것으로 기대한다. 현재 본 연구 결과와 관련된 특허를 다수 출원하여 원천기술 확보를 추진하고 있다”라고 말했다. 농기평 오병석 원장은 “감염성 질환에 대한 관심이 증가하고 있는 상황에서 이번 연구를 통해 곰팡이가 병원성을 나타내는 메커니즘을 이해하고 이를 바탕으로 병원성 곰팡이를 효과적으로 저해할 수 있는 새로운 약물 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 이번 연구는 농림축산식품 미생물유전체전략연구사업단과 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구사업(개인연구) 및 선도연구센터지원사업의 지원을 받았으며, 다학제적 과학 분야의 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)*에 2020년 8월 24일 게재되었다. * 신호전달 네트워크: 생체 내 생리현상 및 물질의 생합성을 조절하는 분자생물학 수준의 단백질 및 유전자 발현 메커니즘 * 탈인산화효소 (phosphatase, 포스파타아제) : 단백질, 핵산, 당과 같은 생분자 (biomolecules)에 붙어 있는 인산기 (phosphate group)를 떼어내는 효소 * 연구과제명: 농·식품 유용 미생물의 다중오믹스 기반 유용 유전자원 발굴 및 가치제고화 기술 개발(주관연구기관 : 연세대학교 산학협력단) * 「네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)」: 다학제적 과학 분야 상위 7.8%, IF 12.121(2019 JCR 기준)

16(Mon)-20(Fri) November 2020

Daejeon Convention Center

Annual Meeting of The Microbiological Society Of Korea

○  일시 : 2020.10.7-8(수,목)

○ 링크 : http://conference.msk.or.kr/

조장천 생명과학과 교수 연구팀 한강 바이러스에서 새로운 항생제 내성 효소 발견 슈퍼박테리아의 항생제 내성 전달자로 바이러스 주목

세균을 숙주로 삼아 기생하는 바이러스인 ‘박테리오파지(파지)’에서 항생제를 무력화시키는 새로운 항생제 내성 유전자가 밝혀졌다. 생명과학과 조장천 교수(교신저자)와 문기라 박사(제 1저자)가 주도한 이 연구를 통해 환경에 존재하는 파지가 새로운 항생제 내성 유전자의 전파 매개체가 될 수 있음이 확인되었다. 이 연구결과는 슈퍼박테리아와 같은 항생제 내성 세균 뿐 아니라 세균에 기생하는 파지에 대한 모니터링 필요성에 대한 논의의 물꼬가 될 것으로 기대된다. 연구팀은 한강에 존재하는 미지의 바이러스에서 새로운 염기서열을 가진 항생제 내성의 원인이 되는 유전자를 동정, 한강 바이롬 베타락탐 분해효소(HRV) 등으로 명명했다. 이 유전자는 기존 슈퍼박테리아에서 발견되는 베타락탐 분해효소 유전자와 분해활성을 나타내는 핵심서열은 동일하지만 나머지 부분의 연관관계가 매우 낮은 새로운 분해효소여서 한강바이러스효소를 뜻하는 새로운 이름을 붙였다. 연구팀은 한강 표층수를 채취, 세균을 제거하고 바이러스만 농축했다. 핵산 추출을 통해 130만개의 염기서열 조각을 얻었고 이 가운데 4개의 베타락탐 분해효소 유전자를 비롯한 25개의 항생제 내성 유전자를 찾아냈다. 4개의 파지 유래 유전자가 실제 유효한 분해효소를 만드는지 대장균에서 해당 유전자를 발현하였더니, 카바페넴 항생제 등 여러 베타락탐계 항생제에 내성을 보여 파지에 존재하는 광범위 베타락탐 분해효소임을 확인하였다. 페니실린, 카바페넴 등 널리 쓰이는 베타락탐계 항생제에 살아남는 세균은 항생제 내성유전자의 하나인 베타락탐 분해효소 유전자를 가져 항생제의 베타락탐 고리를 분해, 항생제를 무력화한다. 세균은 수평이동을 통해 다른 세균으로부터 항생제 내성 유전자를 얻는 것으로 알려져 있었고, 환경에 존재하는 일부 바이러스에서 이러한 항생제 내성 유전자가 보고된 적은 있지만 실제 베타락탐 분해활성을 가진 기능성 유전자는 아니었다. 연구팀은 숙주세균의 배양이 어려워 파지를 분리, 배양하기 어려운 만큼, 환경 내에 있는 바이러스 유전체의 서열을 대용량으로 확보하고 항생제 내성 유전자의 활성 확인을 통해 환경 바이러스 중에서는 최초로 활성이 있는 항생제 내성 유전자를 발견한 것이다. 조장천 교수는 “이 항생제 내성 유전자가 실제 병원성 세균에 전달될 수 있는지 숙주세균에 대한 추가 연구가 필요하다”면서 “이번 연구는 환경에 존재하는 파지에 새로운 항생제 내성 유전자가 존재하고 전파가능성을 배제할 수 없을 만큼, 항생제 내성 유전자 이동을 추적하기 위해 파지 유전체에 대해 모니터링할 필요가 있다”고 설명했다. 이 같은 내용이 담긴 논문 성과는 지난 6월 1일 국제학술지 마이크로바이옴(Microbiome; IF 10.465)에 동영상(링크)과 더불어 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 환경부 환경과학기술개발 사업의 지원을 받아 진행됐다. [▶논문 유튜브 링크 : https://www.youtube.com/watch?v=Vm9xurzNZUI]

○ 2019.10.02(수) 13:30-17:00

○ 중앙대학교 대학원 대강당(302관 503호)

○ 주최: 미생물생존시스템연구센터, 중앙대학교 생명과학과, BK21 PLUS 생명과학인력양성사업단

○ 일시 : ’19. 8. 28-29 (수-목)

○ 장소 : 경기도 곤지암 리조트(OPUS2 Room)

○ 주최 : 미생물 생존 시스템 연구센터(과학기술정보통신부)

○ 참석대상 : 약 100명(과제참여자 및 과제 관련 연구자)

○ 주요내용 – 연구그룹별 연구 결과 발표 – 연구그룹별 전임연구원 연구 내용 발표 – 연구그룹별 박사과정 연구원 연구 내용 발표 – 우수 연구논문 발표 – 센터 참여 연구진 회의

○ 초청연사

(1) 성명·소속: 설우준(중앙대학교 생명과학과) 발표제목: Spatially distributed DNA methylation patterns in marine metagenomes.

(2) 성명·소속: 조유희(차의과학대학교 약학대학) 발표제목: Antibacterial strategies inspired by the oxidative stress and response networks.

조장천 생명과학과 교수 연구팀이 세계 최초로 담수 환경에서 가장 많이 존재하는 세균을 배양하는 데 성공했다. 이는 지난 20여 년 간 많은 미생물학자들이 실패를 거듭한 분야로, 이번 연구는 다양한 미생물 자원 확보에 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 조 교수 연구팀은 강원도 춘천 소양호에서 채집해 멸균한 물에 아미노산과 비타민, 탄소원, 과산화수소를 물과 산소로 바꾸는 효소인 카탈레이스 등을 첨가해 순수배양체를 얻어내는 데 성공했다. 특히 카탈레이스를 첨가하자 배지의 과산화수소 농도가 크게 떨어지면서 세균이 크게 늘어나는 현상이 관찰됐고 이를 바탕으로 세균 배양 성공이라는 결과를 얻어냈다. 이들이 배양한 세균은 지구의 모든 담수 호수에 살고 있는 ac1 집단 (acl clade) 혹은 플랑크토필라 집단이라고 불리는 세균그룹이다. 유전체가 약 130만개 염기로 구성돼 있는 세균으로 1990년대 이미 모든 호수에 존재하는 세균 중 양이 가장 많다는 사실이 알려졌지만 순수배양체가 확보되지 않아 관련 연구 역시 답보 상태에 있었다. 이들은 집락(콜로니)을 형성하지 못하는 데다 생존에 필요한 여러 영양소도 스스로 합성하지 못해 환경에 존재하는 다른 세균들의 도움을 받아야만 생존이 가능하다. 이러한 특성 때문에 그동안 순수배양에 어려움을 겪어왔다. 이번 연구는 담수 호수 최다 세균인 acl 분기군의 생존전략이 무엇인지 밝히는 열쇠가 될 전망이다. 또 유전체 크기가 매우 작은 비배양성 세균을 배양하는 데도 활용해 다양한 미생물 자원을 확보하는 데 기여할 것으로 보고 있다. 조장천 교수는 “집락을 형성하지 않는 난배양성 세균들을 효율적으로 키울 수 있는 연구 방법을 제시한 것이다”며 “영양분이 부족한 환경에서 자라는 미생물은 유전체 크기를 줄여나가는 방향으로 진화해 대사 효율을 높이고 개체수를 효율적으로 늘려간다. 이번에 배양된 acl 집단은 같은 환경에서 서식하는 다른 세균이 만든 과산화수소분해효소의 도움을 받아 호수 환경에서 생존하고 있을 것으로 보고 있다“고 말했다. 이 같은 내용이 담긴 논문 ‘(생화학적 도우미, 카탈레이스를 사용한 담수 편재성 악티노박테리아 acI의 배양) (Culturing the ubiquitous freshwater actinobacterial acI lineage by supplying a biochemical ‘helper’ catalase)’는 최근 국제미생물생태학회 저널(ISME Journal; IF 9.52) 온라인 판에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 기초연구사업 및 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 진행됐다. 이 논문 1저자로 참여한 김수현 학생은 최근 열린 미생물학회에서 같은 논문으로 최우수 발표상을 수상했다.