방선균은 포자, 기저균사, 기중균사, 포자로 이어지는 형태적 분화를 거치는 세균으로, 미생물 유래 유용 생리활성물질 중 \( 70 \% \) 이상이 방성균에서 생성될 정도로 다양한 생리홠어물질과 유용한 효소를 생선하는 그람 양성균이다. 방성균은 신물질이나 생합성 기작 연구를 위한 중효나 표적 세균이 되고 외부적 스트레스에 따라 생리활성물질의 생산성이 달라진다. 본 논문에서는 방성균의 일종인 S. coelicolor M511에 pH의 변화르 적용해 prodiginine 계열 화합물 생산성의 증대를 확인했다.
<h1>서 론</h1> <p>방선균은 포자, 기저균사, 기중균사, 포자로 이어지는 형태적 분화를 거치는 세균이며, 항생제, 항암제, 면역억제제로 대표되는 다양한 종류의 생리활성물질과 유용한 효소를 생산하는 학문적이며 동시에 경제적인 세균으로 많은 연구가 이루어지고 있는 대표적 그람 양성세균이다. 특히, 다양한 종류의 이차대사산물의 경우 현재까지 보고된 미생물 유래 유용 생리활성물질 중 \( 70 \% \) 이상이 방선균에서 생산된 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, 방선균은 다양한 생리 활성 기능을 가진 이차대사산물 생산공장으로 인식되어 신물질 및 생합성 기작 연구를 위한 중요한 표적 균주로 많은 관심이 집중된 대표적 유용 세균이다. 대부분의 방선균 유래 이차대사산물은 물리적으로 무리 지어진 유전자군의 복잡한 생합성 경로 암호에 의해 생산되며, 보통 유전자군에 자리잡고 있는 pathway-specific transcriptional activators에 의해 생합성 유전자 군이 조절된다. 이러한 특징으로 많은 연구자들은 이차대사산물 생산관련 물질대사 및 생합성 유전자 조절 연구에 관심을 집중하고 있으며, DNA microarray 분석을 이용하여 이차대사물질의 생산과 형태적 분화 프로그램에 관계가 있는 포괄적 조절 경로(global regulatory pathway) 발견에만 노력을 기울이고 있는 실정이다. 하지만 목표하는 한두 유전자의 조작으로 전체 대사 시스템을 변화시키는 것은 방선균이 가진 이차대사산물 생산시스템의 복잡성 때문에 매우 어려운 것이 사실이어서 지금까지 발표된 대부분의 연구는 조절유전자의 유전적 조작, 즉 positive regulator의 과발현 이나 negative regulator의 삭제를 통한 생산성 증대 연구가 많이 이루어 지고 있다. 이외에 다른 방법으로는 salt shock, oxidative stress 혹은 pH shock과 같은 다양한 외부적 자극을 주어 이차대사 산물의 생산량을 극대화시키는 방법이 있으며, 이차대사물질 신호전달 네트워크와 관련이 있는 regulator들은 특히 이런 외부적 자극에 매우 민감하게 반응하고 이런 반응의 결과가 생산량 극대화로 이어진다는 많은 연구가 발표되고 있다.</p> <p>전체 유전자 정보가 알려진 Streptomyces coelicolor A 3(2) 는 22 종류의 이차대사산물을 생산하는 것으로 알려져 있고, 이중 올리고파이롤(oligopyrrole) 계열의 붉은색 항생물질 운데실프로디지닌(undecylprodiginine)과 스트랩토루빈(streptorubin) B는(Fig. 1) 23개의 동일 생합성 유전자에 의해 합성되며, 폴리케타이드 합성효소(PKS) 및 비리보좀 펩타이드 합성효소(NRPS)의 혼합 생합성 경로를 통해 합성된 2-undecylpyrrole(UP)과 4-methoxy-[2,2'-bipyrrole]-5-carboxaldehyde (MBC)의 최종 응축 결합으로 이루어지는 것으로 알려져 있다. 최근 몇몇 프로디지닌(prodiginine)들은 항세포사멸 효과를 조절하는 BCL-2 family 단백질에 결합, pro-apoptotic BH3 단백질의 결속을 방해하여 세포사멸(apoptosis)을 유도하는 역할을 가진 것으로 보고되었고, 합성 프로디지닌 화합물 'obatoclax'(GX15-070)가 다양한 암세포 치료를 위한 임상치료 시험단계로 알려지면서 큰 관심을 불러일으키고 있다(Fig. 1). 최근, 영국의 Challis 그룹은 스트랩토루빈 B의 생합성 경로를 조절하는 효소를 발견, 실험실에서 합성하기 어려운 한계를 가지고 있던 유망 항암제 및 그 관련 유도체들을 세포내 합성능력과 조합 유기합성(conventional organic synthesis)을 혼용함으로써 다양한 구조의 항암 활성을 가진 프로디지닌 화합물 개발을 제시하는 연구 결과를 발표하였다.</p> <p>방선균 유래 이차대사물질의 생합성 시기가 세포의 배양 상태, 외부적 스트레스 및 성장속도와 밀접한 관계가 있는 것은 이미 알려진 사실이고, 최근 다양한 외부적 스트레스에 따른 생리활성물질의 생산 변화에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 특히 pH 변화에 따른 생리활성물질의 생산성 증가 및 관련 유전자의 조절 기작이 많이 밝혀져 pH 변화를 통한 생리활성 물질의 생산성 극대화 가능성이 입증되고 있는 단계이다. 따라서 본 연구에서도 외부적 스트레스인 pH의 변화를 생리활성물질의 특성이 전혀 다른 프로디지닌을 생산하는 S. coelicolor M511에 적용하여 pH 변화에 의해 prodiginine 계열 화합물 생산성이 증가함을 확인하였다.</p>