(A bacterial cell poisons itself with an antitoxin to prevent a virus from taking over, which is one important function of toxin-antitoxin systems discovered by Thomas Wood, Biotechnology Endowed Chair and professor of chemical engineering at Penn State. Credit: Ellie Jamison)
박테리아는 작고 원시적인 생명체이지만, 지구에서 가장 큰 생물량을 차지하는 생명체입니다. 환경이 좋으면 빠른 속도로 왕성하게 분열할 수 있어 만약 이들이 멈추지 않고 분열한다면 지구의 모든 자원을 몇 일만에 소진할 수 있을 정도로 숫자도 많고 번식력도 뛰어납니다. 하지만 그럼에도 자기 분수를 알고 적절히 생태계의 균형을 유지하면서 성장과 번식을 조절합니다.
많은 과학자들이 그 이유를 알기 위해 연구해왔는데, 그 중 한 명이 펜실베니아 주립 대학의 토마스 우드 교수 (Thomas Wood, Biotechnology Endowed Chair and professor of chemical engineering in the Penn State College of Engineering)입니다. 그가 연구해온 주제는 독-해독제 (Toxin-Antitoxin, TA) 시스템입니다. 박테리아가 스스로 독성 물질을 분비해 성장과 분열을 멈춘다는 것입니다. 물론 적절한 시기에 성장하고 분열하기 위해 해독제도 같이 생산합니다.
우드 교수의 연구팀은 최근 새로운 TA 시스템 중화 메카니즘을 발견했습니다. HEPN/MNT 시스템은 이름처럼 HEPN 독성 물질을 MNT 해독제가 막는 것으로 HEPN의 활성화 부위에 ATP가 결합해 기능을 중화시키는 것입니다. 박테리아와 일부 단세포 진핵생물은 다양한 상황에 적응하기 위해 여러 가지 TA 시스템을 지니고 있습니다. 과학자들은 연구를 통해 하나씩 그 종류와 작동 메카니즘을 이해해 퍼즐을 맞춰나가고 있습니다.
(Putting a bacterial cell to sleep)
한 가지 더 흥미로운 사실은 이렇게 박테리아가 자체 수면 모드를 선택하는 이유 중 하나가 바로 바이러스에 대한 방어라는 것입니다. 대사를 느리게 하고 수면 모드를 선택한 박테리아에서는 바이러스가 활발하게 증식할 수 없기 때문입니다. 박테리아 역시 바이러스 증식을 막기 위해 셧다운을 선택한다는 점이 재미있습니다.
참고
https://phys.org/news/2020-12-newly-toxin-antitoxin-abundant-one-cell.html
Jianyun Yao et al. Novel polyadenylylation-dependent neutralization mechanism of the HEPN/MNT toxin/antitoxin system, Nucleic Acids Research (2020). DOI: 10.1093/nar/gkaa855
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