곰이나 다람쥐 등의 동물은, 식량이 부족한 겨울철에 자신의 활동과 대사를 거의 정지하는 "동면"이라 불리는 행동을 취할 수 있는데, 뉴캐슬대 생물학 연구팀이, 북극권 빙하에서 발견된 박테리아 안에서, 겨울잠을 자고 세포의 단백질 생성을 순식간에 멈추는 단백질을 발견했다고 한다.
많은 생명체에게 있어서, 식량 부족이나 추위등의 어려운 환경에 직면했을 때에, 활동과 대사를 늦게 해 휴면하는 「동면」은 살기 위해서 필요 불가결한데, 일부 동물에서는 온몸이 휴면 상태가 되지 않더라도, 체내 일부 세포 집단이 휴면 상태에 들어가 활성화하기에 최적의 시기를 기다리고 있다고 한다.
지금까지 연구자들은, 세포가 휴면 상태를 유발하고 이를 유지하기 위한 단백질인 "동면인자"를 많이 발견했으며...세포는, 기아나 추위등의 어떠한 자신에게 유해한 상황을 검출하면, 이러한 동면 인자를 생성해 대사를 정지한다고 한다.
via https://www.nature.com/articles/s41586-024-07041-8
이러한 동면인자에는, 일부 세포기구를 해체하는 기능이 있으며, 유전자의 발현을 억제하는 기능이 있고, 또한 새로운 단백질을 구축하기 위한 리보솜을 셧다운하는 기능도 있다고 한다. 또한 지금까지의 연구에서, 리보솜에 의한 단백질 생성은, 자라나는 세균세포의 에너지 사용량의 50% 이상을 차지하는 것으로 나타났다.
따라서, 이들 동면인자에는, 새로운 단백질을 생성하려는 리보솜의 기능을 저해함으로써 생존을 위해 필요한 에너지를 절약하는 기능이 있다고 생각되어진다.
연구팀은, 북극권의 빙하로부터 발견한 박테리아 「Psychrobacter urativorans」에 존재하고 있던 동면 인자를 「바론」이라고 이름 붙여, 유전자 배열의 분석을 실시 한 결과, 카탈로그에 나와 있는 전체 최근 게놈의 약 20%에 존재하고 있을 정도로 일반적인 단백질로 밝혀졌다.
지금까지의 연구에서는, 리보솜의 기능을 저해하는 알려진 동면인자는 모두 수동적으로 기능하고 있는 것으로 알려져 있었는데, 즉, 리보솜이 단백질 구축을 마치고 나서 동면 인자가 새로운 단백질의 찬성을 정지시키고 있다는 것. 하지만 이번에 발견된 바론은, 해당 박테리아의 세포 모든 리보솜 내에 존재하고 있으며, 리보솜에 의한 단백질 생성 작업 도중에도 강제로 작업을 정지시키는 것으로 알려져 있다.
노스웨스턴대 미생물학자는 "리보솜의 활동을 중간에 멈추는 바론의 능력은, 스트레스 아래에 놓인 미생물에게 중요한 역할을 합니다", "박테리아가 활발하게 증식하고 있을 때 대량의 리보솜과 RNA가 생산되고 있습니다. 그러나 이러한 박테리아는 스트레스에 노출되었을 때, RNA에서 새로운 단백질로의 번역을 셧다운함으로써 동면 기간에 대한 에너지를 절약하고 있는 것 같습니다"라고 추측.
연구팀에 따르면, 바론의 메커니즘은 다른 동면인자와 달리 가역적인 프로세스를 취하고 있다고 하고, 바론의 영향을 받은 리보솜은 급속히 휴면 상태에 들어가는 한편, 환경이 자신에게 좋은 조건이 되었을 때에는 신속하게 단백질 생산 작업을 시작할 수 있다.
연구팀은 Psychrobacter urativorans와 유전적으로 근연한 사람병원체 결핵균 유래 단백질을 뜨거운 물에 가라앉혀 비교했더니, 두 단백질 모두 리보솜의 A 부위에 바론과 비슷한 동면인자가 결합한 것으로 밝혀졌다. 한편, 세포 휴면의 모델로 일반적으로 사용되는 대장균과 황색포도상구균에서는 바론이 발견되지 않자, 뉴캐슬대학 연구자는 "별로 연구되지 않은 자연계의 한 구석을 들여다보니 우연히 바론이 발견되었습니다"라고 말하고 있다.
연구팀은 이번 발견에 대해 "기후 변동에 견딜 수 있는 생물의 연구를 진행하기 위해서, 바론으로부터 얻은 지식을 이용할 수 있는 가능성이 있습니다"라고 전망하고 있다.
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