고려대 의과대학 김희남 교수팀이 세균이 인간을 비롯한 동물들의 몸속으로 들어와 각종 병균으로 바뀌는 진화 메커니즘을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.
이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만) 21C 프론티어 미생물유전체활용기술개발사업(단장 오태광)의 지원으로 이루어졌다.
숙주 내에서 공통적으로 거치는 세균의 진화과정을 세계 최초로 규명한 이번 연구결과는 미생물학계 최고 권위지인 "플로스 병원체 (PLoS Pathogens)" 27일자에 게재되었다.
다양한 환경에 살던 일반 세균들이 인간을 비롯한 포유동물의 체내로 들어와 병원균이나 공생균으로 진화할 경우 필연적으로 게놈(genome) 축소화 과정을 거치게 된다.
그동안의 연구자들은 일반 세균이 사람 체내와 같은 숙주 내에서 진화할 때 게놈 상에 작은 DNA 조각들인 아이에스 엘리먼트 (IS element)들이 급격히 늘어나는 경우를 종종 발견하였을 뿐 이 현상과 게놈의 축소화 과정이 얼마만큼 관련되어 있는지, 그리고 실제로 게놈 축소화 과정은 정확히 설명하지는 못했다.
김 교수팀은 두 종의 버크홀데리아 세균의 유전체들을 각각 10개씩 상호 비교 분석해, 전체 게놈상에서 아이에스 엘리먼트들이 대량 증식되는 기계적인 일련의 과정을 알아내고, 이 과정에서 각종 병균 등 세균의 변형이 쉽게 일어날 수 있는 중간단계를 거친 후 게놈의 축소가 효율적으로 진행되는 과정을 자세히 밝혔다. 또 단계별로 게놈 축소과정들이 정교하게 이루어져, 원래의 유전자들의 특성이 최대한 유지하게 된다는 점도 발견했다.
본 연구를 주도한 김희남 교수는 “세균들은 환경의 변화에 빠르게 적응해가는 특성을 지니고 있다”면서, “인간의 건강을 위협하는 병균들과 공생 세균들의 발생 진화과정을 이해하는 것은 궁극적으로 관련 백신과 신약 개발에도 크게 기여할 것”이라고 말했다.
이번 성과에 대해 미생물유전체활용기술개발사업단장 오태광 박사는 “인간과 함께 살아가는 공생미생물의 유전체는 인간 유전체의 연장으로 이해될 정도로 백신 및 신약개발을 위해 필수적인 연구대상이다. 이 미생물들이 몸에서 병을 일으키는 세균으로 진화하는 과정을 밝힌 이번의 원천기반연구가 실용화로 연결될 경우 의약분야 뿐 아니라 기능성 식품 분야 등에서도 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.”고 평하였다.
한편, 연구에 쓰인 두 종의 버크홀데리아 세균 게놈들의 염기서열은 오랫동안 김희남 교수와 함께 연구를 진행하고 있는 세계적인 게놈분석 연구소인 美 크레이그벤터 연구소로부터 무상으로 제공되었다.
1992년 개소한 크레이그벤터 연구소는 1995년에 최초로 생명체의 전체 게놈을 분석하고, 2001년에는 최초의 인간 게놈의 탄생을 주도하는 등 현재까지 세계 유전체학을 선도해 온 연구소이다.
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