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| [KOSEN 동향] 결핵 항생제 rifamycin의 생합성 경로를 밝힌 중국 연구진들 |
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결핵 항생제 rifamycin의 생합성 경로를 밝힌 중국 연구진들 Chinese scientists deciphered the mechanism of biosynthesis of rifamycins 결핵은 대량 인명 사망의 역사를 가진 사건일 뿐 아니라 아직도 공공건강을 위협하는 호흡기 전염병이다. rifamycin 계열의 화합물은 아미콜라톱시스 메디테라네이(amycolatopsis mediterranei) 균주가 생산하는 광범위한 활성을 갖는 항생제로써 결핵간균(pulmonary tuberculosis), 나균(M.leprae), 연쇄상구균(streptococcus), 폐렴 연쇄상구균(streptococcus pneumonia) 등 그람 양성균과 특별히 약제 내성을 가진 황색포도상구균(staphylococcus aureus)에 대해서 강력한 작용을 갖고 있으며 동시에 어떤 종류의 그람 음성균에 대해서도 효과가 있다. 천연화합물인 rifamycin SV나 rifamycin B로부터 화학 반합성을 통해 rifampicin, rifapentine, rifabutin 등 약물이 개발되었고 WHO의 기초약물목록에 포함되어 수만 명의 결핵 환자의 생명을 구하는 약이 되었다. 1957년 처음 발견된 이후 rifamycin의 생합성 경로는 생화학자들의 연구 대상이다. 초기 동위원소 표지나 유전자 knockout 기법이나 유전자 삽입 등의 방법으로 이미 생합성 링크의 경로가 대부분 밝혀졌으나 rifamycin SV가 어떻게 rifamycin B로 전환되는지에 대해서는 아직도 과학계에서 확실히 밝혀지지 않았다. 최근 중국과학원 청도 바이오에너지 및 공정연구소의 리성영(李盛英) 연구원과 중국과학원 상해 생명과학연구원 식물생리생태연구소 조국병(赵国屏), 소우리(肖友利) 연구팀, 그리고 중국과학원 상해 유기화학연구소 당공리(唐功利) 연구팀이 공동으로 세계에서 처음으로 rifamycin SV가 rifamycin B로 전환되는 상세 생합성 경로와 효소의 반응 메커니즘에 대해서 밝혔다. 해당 연구는 Nature Communications 온라인판에 "Deciphering the late steps of rifamycin biosynthesis"란 제목으로 발표되었다. 2011년 조국병 연구팀은 분자유전학 방법에 따라 Rif 15/16이 중요한 유전자로 rifamycin SV가 B로 전환되는 in vivo 연구를 기초로 하여 대장균에서 가용성의 transketolase(Rif 15)와 cytochrome P40 monoxygenase(Rif16)를 얻은 뒤 in vitro에 효소의 활성을 재현하여 효소 반응 산물의 구조를 결정하고 13C13 표지 실험과 Rif16 효소의 결정구조해석을 통해 riamycin SV가 B로 전환되는 경로에 있는 두 개의 효소의 기능과 촉매기제(mechanism)를 철저하게 밝혀냈다. 이로써 36년 전인 1982년에 Ghisalba 등이 제시한 구모형(Ghisalba O, Roos R, Schupp T, Nüesch J. Transformation of rifamycin S into rifamycins B and L. A revision of the current biosynthetic hypothesis. J Antibiot (Tokyo). 1982 Jan;35(1):74-80.)을 다시 써나가게 되었다. 이 두 가지 새로운 효소 반응 메커니즘의 발견으로 transkelase와 P450 monoxygenase 등 자주 발현되는 효소의 반응 유형을 확대시켜주었고 이 두 가지 효소에 대한 이해가 깊어지게 했다. 해당 연구의 성공은 합성생물 방법을 이용하여 한층 더 효과가 있는 새로운 형태의 rifamycin 발견과 산업화 균주의 개발을 위해, 그리고 rifamycin의 생산량을 증가시키기 위한 새로운 이론적 토대를 마련해준 것이라고 평가할 수 있겠다. 이 연구는 산동성 합성생물학중점실험실, 산동성 자연과학기금중대기초과학연구계획, 중국과학원 첨단중점프로젝트 및 메가사이언스계획육성프로젝트, 국가자연과학기금 및 상해시 과학기술위원회기금의 지원으로 이루어졌다. 관련연구자: 리성영(李盛英), 조국병(赵国屏), 소우리(肖友利), 당공리(唐功利) 관련기관: 중국과학원 청도바이오에너지 및 생물공정연구소, 중국과학원 상해 생명과학연구원 식물생리생태연구소, 중국과학원 상해 유기화학연구소 본문키워드(한글): 리파마이신, 생합성, 효소, 기제 본문키워드(영문): rifamycin, biosynthesis, enzymes, mechanism 국가: 중국 원문출판일: 2018-06-15 |