바이러스와 세균 진화, RNA로 밝혔다

KAIST·서울대 “바이러스서 세균으로 진화하며 RNA 합성법 늘어””

대장균에 결합한 박테리오파지 바이러스(녹색)의 전자현미경 사진. 파지는 대장균 안에서 증식한 다음 밖으로 나오면서 대장균을 죽인다./Eye of Science

국내 연구진이 세균을 숙주로 삼는 바이러스 ‘박테리오파지’와 세균의 리보핵산(RNA) 합성 방식을 비교해 차이점을 발견했다. 이를 단서로 두 생물의 진화 과정을 추측할 수 있었다.

강창원 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 명예교수 겸 KAIST 줄기세포연구센터 고문과 홍성철 서울대 물리천문학부 교수는 세균의 RNA 합성 방식 두 가지 중 하나가 바이러스에는 없다는 것을 발견했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘핵산연구(Nucleic Acid Research)’에 16일 게재됐다.

RNA는 디옥시리보핵산(DNA)의 유전자 정보를 복사(전사)해 다양한 생명 현장을 좌우할 단백질을 만든다. 이때 RNA 중합효소가 DNA 정보대로 RNA를 합성한다. RNA 합성을 마무리 짓는 방식은 두 가지가 있다. RNA를 합성하는 복합체가 중합효소와 DNA, RNA로 각각 나뉘는 ‘해체종결’과 RNA만 분리되고 중합효소는 DNA에 남는 ‘재생종결’이다. 세균과 효모는 유전자 전사에 해체종결과 재생종결 두 방식을 모두 쓴다고 확인됐다.

연구진은 박테리오파지의 유전자 전사가 세균, 효모와 비슷한지 살폈다. RNA 중합효소를 분석한 결과, 바이러스는 재생종결 없이 해체종결만 보였다. 바이러스가 세균보다 더 원시적인 형태라고 볼 수 있다. 연구진은 RNA 중합효소가 세균에 적응하면서 기존 해체종결에 재생종결을 추가해 두 방식이 공존했고, 효모로 진화하면서 그대로 보존됐다는 해석을 내놓았다.

이번 연구에는 DNA와 RNA에 각기 다른 형광물질을 부착해 전사 복합체 하나하나를 실시간으로 살피는 ‘단일분자 형광기술’이 사용됐다. 형광물질은 전사 반응에 지장을 주지 않도록 했다. 이 기술로 전사가 끝날 때 DNA가 효소에 붙어있는지 떨어지는지 관찰해 해체종결, 재생종결이 모두 일어나는지 확인할 수 있었다.

강창원 교수는 “이번 연구를 통해 수 초 동안의 분자 반응에서 유구한 진화 과정을 밝혀냈고, 앞으로 더 광범위한 진화를 연구할 계획”이라고 했다. 홍성철 교수는 “분자 하나하나를 관찰해 복잡한 생물체의 진화를 파악했고, 이런 단일분자 연구 기법을 차세대 RNA 의약품과 진단 시약의 개발에 응용하는 연구로 이어가고자 한다”고 밝혔다.

참고 자료

Nucleic Acids Research(2024), DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkae620

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -