과학자들은 극한 환경에서 박테리아의 생존에 중요한 단백질을 발견했습니다

과학자들은 극한 환경에서 박테리아가 휴면 포자로 폐쇄될 수 있게 하는 단백질을 발견했습니다. 박테리아가 사실상 파괴 불가능해질 수 있게 하는 이 과정은 박테리아가 영구 동토층, 바다 깊은 곳 또는 우주 공간과 같이 사람이 살 수 없는 곳에서도 살아남을 수 있는 이유를 설명합니다.

포자 형성이라고 알려진 이러한 포자 형성 능력은 슈퍼박테리아가 병원 세척을 피하고 감염된 환자의 장에서 다시 살아날 수 있게 해줍니다.

과학자들은 박테리아 그룹의 포자 형성에 관여하는 새로운 단백질을 발견함으로써 박테리아가 극한의 환경에서 생존하는 능력을 이해하는 데 도움이 되고, 항균 치료법에 대한 새로운 길을 열어줄 수 있기를 바라고 있습니다.

오늘 Genes and Development에 게재된 두 편의 별도 논문에서 다룬 이 연구는 식중독을 일으키는 cereus를 포함한 박테리아 그룹인 Bacillus와 탄저균을 살펴봅니다. 연구팀에는 King's College London 화학과, University of California San Diego, Berlin의 Max Planck Unit for the Science of Pathogens, 그리고 미국 Mount Holyoke College의 과학자들이 참여했습니다.

논문의 공동 저자인 리브카 아이작슨 교수는 "박테리아가 불리한 환경에서 대사를 중단하고 수천 년 동안 생존할 수 있는 수명이 길고 파괴 불가능한 휴면 포자로 변할 수 있다는 사실은 오래 전부터 알려져 왔습니다."라고 말했습니다.

"이것은 비대칭 세포 분열을 통해 일어나는데, 더 큰 부분인 '모세포'가 더 작은 부분인 '전포자'를 삼켜서 영양분과 보호용 외층을 제공합니다. 포자로 방출될 준비가 될 때까지 유전 물질 주위에 보호층을 계속 쌓습니다."

이 과정은 잘 밝혀졌지만, 신진대사를 중단하는 이면에 있는 메커니즘은 과학자들이 MdfA라는 이전에는 밝혀지지 않았던 단백질이 이 과정에 관여한다는 사실을 발견할 때까지 여전히 미스터리로 남아있었습니다.

아이작슨 교수는 이렇게 설명했습니다. "모든 세포에는 프로테아제라는 '재활용 센터'가 있는데, 이는 오래되거나 손상된 단백질을 분해하는 역할을 합니다. 우리는 이전에 그 기능을 알지 못했던 단백질인 MdfA가 단백질을 재활용을 위해 모집하는 어댑터 역할을 한다는 것을 발견했습니다.

"포자 형성의 경우, 이 단백질은 세포에게 활성 성장을 담당하는 대사 효소를 프로테아제를 통해 파괴하여 제거하도록 지시하여 포자 형성의 대사적 정지 부분을 실행합니다."

MdfA가 확인되자 킹스의 화학자들은 X선 결정학을 사용하여 단백질의 결정 구조를 밝혀내 완전히 새로운 분자 형태를 밝혀냈습니다. 이를 통해 그들은 MdfA가 세포의 재활용 슈트 일부인 ClpC라는 단백질에 어떻게 결합하는지 더 잘 이해할 수 있었습니다.

과학자들은 또한 행복하게 자라는 세포에 MdfA를 과다 발현시키도록 강요했을 때 세포에 독성이 생겨 세포가 터진다는 사실을 발견했습니다.

MdfA는 다른 대부분 박테리아에는 존재하지 않는 반면, ClpC와 재활용 기계는 존재하므로 질병을 일으키는 박테리아를 포함한 다른 박테리아의 포자 형성 뒤에는 비슷한 단백질이 있을 수 있습니다.

아이작슨 교수는 "이 발견은 박테리아가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 이해를 개선하고 포자 형성을 탐구하는 새로운 방법을 열어주었습니다. 포자 형성이 박테리아의 생존에 중요한 역할을 한다는 점을 감안할 때, 우리가 이 과정을 더 많이 이해할수록 유해한 박테리아를 더 잘 통제하고 제거할 수 있을 것입니다."라고 말했습니다.

과학자들은 또한 이러한 연구 결과가 항균제 개발을 위한 새로운 전략으로 이어질 수 있기를 바라고 있습니다.

아이작슨 교수는 "특정 단백질을 제거하기 위해 세포 분해 기계를 표적으로 삼을 수 있다면, 이는 항균 요법을 위한 새로운 길을 열 수 있습니다. 이는 표적 단백질 분해 또는 PROTAC으로 알려진 새로운 형태의 암 치료법과 유사하며, 이는 치료를 위해 세포의 재활용 시스템을 재활용합니다."라고 덧붙였습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250318141600.htm