| 초록 |
□ 연구개요 금속원자(혹은 이의 클러스터)를 내포한 단백질(이하 금속단백질)은 금속의 종류와 이를 둘러싼 내부 구조에 따라 다양한 전기·화학적 특성을 지닙니다. 이를 바탕으로 각종 산화·환원 반응을 촉진하는 것부터 전자전달(electron transport)을 수행하는 것까지 광범위한 활동을 수행합니다. 본 연구에서는 두 가지 방법을 이용하여 금속단백질을 조작하고, 전기·화학적 특성을 분석함으로써 이들을 활용한 bio-electronic 기기 제작, 산업용 균주 구축과 생물공정 개발에 기여하고자 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫 번째 목표는 세포 내 전자의 전달을 담당하는 ferredoxin의 내부구조를 변형하여, 금속원자 클러스터(Fe-S)를 둘러싼 local environment가 전기·화학적 특성에 끼치는 영향을 평가하고, 메커니즘을 고찰하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 24개에 달하는 변이체를 구조분석에 기반하여 설계 및 합성하였고, 전자전달 능력을 측정하였습니다. 또한 변이체의 구조를 computational algorithm을 이용하여 예측하였고, 이를 실험 결과와 함께 분석하여 구조적 인자가 전자전달 능력에 끼치는 영향을 파악하였습니다. 두 번째 목표는 광합성 중 전자의 전달을 담당하는 plastocyanin이 내포하는 금속원자를 대체, 금속원자의 종류가 전기·화학적 특성에 끼치는 영향을 평가하고, 이를 설명할 수 있는 이론적 모델에 대해 고찰하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 16개에 달하는 변이체를 마찬가지로 구조분석에 기반하여 설계하였고, 전자전달 능력을 평가하였습니다. 변이체의 구조를 computational algorithm을 이용하여 예측하였고, 이를 실험 결과와 함께 비교하여 금속원자가 전자전달 능력에 끼치는 영향을 분석하였습니다. 세 번째 목표는 Fd 그리고 Pc 변이체가 cyanobacteria 세포의 성장과 대사활동에 끼치는 영향과 (생)화합물을 생산하는 균주로서의 유용성에 끼치는 영향을 평가하는 것입니다. 이와 관련 각 변이체의 발현이 세포의 성장에 끼치는 영향을 체계적으로 분석하였습니다. 또한 전자전달 능력 측정결과를 바탕으로 세포주 내 NADPH를 활용한 합성반응에 끼칠 수 있는 영향을 조사하였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의중요성) 금속단백질은 바이오연료의 합성 반응을 촉진하는 것에서부터 체내 산소를 전달하는 것에 이르기까지 다양한 생화학반응에 쓰이고 있습니다. 체내에만 1,000가지 종류가 넘는 금속단백질이 존재한다는 점을 감안할 때, 이들의 전기·화학적 특성을 조절할수 있는 능력은 향후 의료는 물론, 바이오소재, 환경정화 등 다양한 기술개발과 산업발전에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 예상됩니다. 최근 cyanobacteria를 이용하여 유용한 (생)화합물을 대량 생산하는 공정에 대한 연구개발이 활발히 수행되고 있습니다. 국내의 경우, 해당 미생물 내 광합성 반응과 연계하여 바이오연료 및 isopropanol, isobutanol 등의 물질을 생산하는 것을 목표로 하는 연구가 다수 진행중입니다. 국외의 경우, 미국을 중심으로 십여 개를 넘는 회사들이 cyanobacteria를 이용하여 바이오연료 합성 외에도 의료용 화합물 발견(discovery) 및 생산까지 목표로 연구개발을 추진 중입니다. 본 연구에서 개발한 변이체들과 지식은 향후 특히 cyanobacteria를 이용한 생물공정 개발 및 화합물 생산에 활용할 수 있을 것으로 예상됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
