세포 내 활동 즉각 중단‧휴면 상태 가능한 단백질 발견

곰이나 다람쥐 등 동물은 먹이가 부족한 겨울철에 자신의 활동과 대사를 거의 중지하는 동면이라 불리는 행동을 취하곤 한다. 뉴캐슬대 연구팀이 북극권 빙하에서 발견된 박테리아 중에서 동면해 세포의 단백질 생산을 순식간에 중지하는 단백질을 발견했다.

대부분 생명체에게 있어 먹이 부족이나 추위 등 열악한 환경에 직면했을 때 활동과 대사를 늦추고 휴면하는 동면은 살아가기 위해 필수불가결하다. 일부 동물에서는 전신이 휴면 상태가 되지 않더라도 체내 일부 세포 집단이 휴면 상태에 들어가 최적의 시기를 기다리고 있는 것으로 알려져 있다.

지금까지 연구자는 세포가 휴면 상태를 유도하고 유지하기 위한 단백질인 동면 인자를 많이 발견해왔다. 세포는 기근이나 추위 등 자신에게 해로운 상황을 감지하면 이런 동면 인자를 생성해 대사를 중지한다고 한다. 이 동면 인자는 일부 세포 기구를 해체하는 역할을 하거나 유전자 발현을 억제하는 역할을 한다. 또 새로운 단백질을 구축하는 데 필요한 리보솜을 셧다운시키는 역할도 한다고 한다. 참고로 지금까지 연구에 따르면 리보솜에 의한 단백질 생성이 성장하는 박테리아 세포의 에너지 사용량 50% 이상을 차지한다고 밝혀졌다.

따라서 이런 동면 인자는 새로운 단백질 생성을 시도하는 리보솜 활동을 막아 생존에 필요한 에너지를 절약하는 역할을 하는 것으로 여겨지고 있다. 연구팀은 북극권 빙하에서 발견한 박테리아(Psychrobacter urativorans)에 존재하는 동면 인자를 바론(Balon)이라 명명하고 유전자 서열 분석을 실시했다. 그러자 전체 최신 게놈 카탈로그 20%에 존재할 만큼 일반적인 단백질임이 밝혀졌다.

지금까지 연구에서는 알려진 리보솜 활동 억제 동면 인자가 모두 수동적으로 기능한다고 알려져 있었다. 다시 말해 리보솜이 단백질 구축을 마친 후에야 동면 인자가 새로운 단백질 생성을 중지시켰다는 것. 하지만 이번에 발견된 바론은 해당 박테리아 세포 모든 리보솜 내부에 존재하며 리보솜에 의한 단백질 생산 작업 중간에도 강제로 작업을 중지시킬 수 있을 것으로 보인다.

전문가는 리보솜 활동을 중간에 멈추게 하는 바론 능력은 스트레스를 받는 미생물에게 중요한 역할을 한다며 박테리아가 활발히 증식할 때는 엄청난 양의 리보솜과 RNA가 생산되지만 이들 박테리아가 스트레스를 받으면 RNA에서 새 단백질로의 번역을 셧다운해 동면기 동안 에너지를 절약하는 것 같다고 추측했다.

연구팀에 따르면 바론 메커니즘은 다른 동면 인자와 달리 가역적 프로세스를 거치는 것으로 나타났다. 바론 영향을 받은 리보솜은 급속히 휴면 상태로 들어가지만 환경이 좋아지면 단백질 생산을 신속히 재개할 수 있다. 연구팀이 이 박테리아와 유전적으로 가까운 인체 병원체인 결핵균 유래 단백질을 가열해 비교했더니 두 단백질 모두 리보솜의 A 부위에 바론과 유사한 동면 인자가 결합해 있었다. 한편 세포 휴면 모델로 널리 쓰이는 대장균과 황색포도상구균에서는 바론이 발견되지 않아 연구팀은 잘 연구되지 않은 자연계 한 구석을 들여다본 결과 우연히 바론을 발견하게 됐다고 밝혔다.

연구팀은 이번 발견에 대해 기후 변화에 견딜 수 있는 생물 연구를 진행하는 데 바론에서 얻은 지식을 활용할 수 있을 것이라는 전망을 내놨다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.