포항공대, 세균 DNA 복구 원리 세계 최초 규명

연구 이미지. /포항공대 제공

포항공과대학교 연구진이 세균 DNA 복구의 분자 작동 원리를 세계 최초로 규명했다.

17일 포항공대는 생명과학과 김민성 교수 연구팀이 초저온 전자현미경(cryo-EM)으로 박테리아의 DNA 복구 기전을 규명했다고 밝혔다.

연구 성과는 국제 학술지 뉴클레익 엑시드 리서치(Nucleic Acids Research) 온라인판에 게재됐다.

DNA는 생명의 설계도로 불리지만 방사선, 독성물질, 자외선 등으로 두 가닥이 동시에 끊어지면 세포는 치명적 손상을 입는다. 포유류와 세균 모두 이를 고치는 체계를 갖고 있으나 방식은 서로 다르며 특히 세균의 단순하면서도 효율적인 복구 과정은 오랫동안 분자 수준에서 명확히 설명되지 않았다.

연구팀은 복구의 출발점인 ‘Ku 단백질’에 주목했다. 이 단백질은 끊어진 DNA 끝을 가장 먼저 인식해 다른 복구 단백질을 모으는 역할을 한다. 연구팀은 고초균(Bacillus subtilis)에서 얻은 Ku 단백질과 손상된 DNA를 결합한 복합체를 제작해 포항공대 세포막연구소의 초저온 전자현미경으로 2.74Å(옹스트롬) 해상도에서 3차원 구조를 관찰했다.

그 결과 Ku 단백질이 DNA의 손상 부위를 단순히 감지하는 수준을 넘어 두 끝을 붙잡아 연결하는 ‘분자 다리’처럼 작동하는 사실이 확인됐다. 또 이 과정이 특정 구조의 손상에서만 작동하는 정교한 조절 메커니즘을 따르는 것으로 분석됐다. 이는 포유류에게서는 보고되지 않은 독특한 복구 형태다.

이번 연구는 세균의 생존 전략을 분자 구조 수준에서 규명했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 이 메커니즘을 차단하면 DNA 복구를 막아 항생제 내성을 겨냥한 새로운 전략을 제시할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김민성 교수는 “박테리아가 어떻게 효율적으로 유전적 손상을 고치는지를 분자 구조로 실증한 연구”라며 “항생제 내성이 커지는 상황에서 세균의 약점을 정확히 겨냥한 차세대 항생제 개발의 단초가 될 것”이라고 말했다. 그는 “유전자 교정과 생명공학 분야로의 확장 가능성도 크다”고 덧붙였다.

/단정민기자 [e-mail]