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소금기 농작물 피해 안녕! 염분 등 환경 스트레스 극복할 식물 연구 결과 나와

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2017년 12월 31일 17:00 프린트하기

염분 등 환경 변화 스트레스에 저항하는 식물 유전자에 대한 상세한 연구 결과가 새로 나왔다. - 생물화학저널 제공
염분 등 환경 변화 스트레스에 저항하는 식물 유전자에 대한 상세한 연구 결과가 새로 나왔다. - 생물화학저널 제공

논이나 밭에 소금기가 많은 물이 들어와 농작물이 피해를 입는 것을 ‘염해’라고 한다. 식물이 염분 변화 등 주변 환경 변화에 충분히 대처하지 못하기 때문에 생기는 피해다. 최근 염분 변화에도 생산성이 떨어지지 않는 ‘스트레스 저항성 작물’ 개발에 중요한 단서가 될 식물 효소 연구 결과가 새롭게 나왔다. 기생충도 이 효소를 갖고 있다는 사실도 함께 밝혀져, 인체에 해가 없는 새로운 기생충 치료제 개발 가능성도 제기됐다.

 

이순구 미국 워싱턴대 생물학과 박사후연구원팀은 유전학 연구에 널리 이용되는 모델 식물인 애기장대를 이용해 식물의 중요한 스트레스 저항 단백질인 ‘PMT’의 생성, 동작 과정을 밝혀내고 구조를 규명해 학술지 생물화학저널 12월 29일자에 발표했다. PMT는 포스포에탄올아민(pEA)이라는 세포 내 물질을 포스포콜린(pCho)이라는 물질로 바꿔주는 효소다. 포스포콜린은 체내에서 다시 포스파티딜콜린이라는 물질로 바뀌는데, 이 물질은 세포의 기본 구성 요소인 세포막을 형성한다.


연구팀은 세포막이 주변 환경의 ‘공격’을 막는 중요한 생체 방어막이라는 사실에 주목했다. 세포막은 세포를 둘러싸고 있는 구조물로, 곳곳에 필터를 지닌 일종의 주머니로 비유할 수 있다. 이 주머니는 흐물흐물해 보이지만, 필터를 통해서가 아니면 주변의 물이나 화학물질을 통과시키지 않기 때문에 온도가 변하거나 염분 농도가 바뀌어도 세포가 살아남을 수 있게 해 준다. PMT는 바로 이 역할을 담당하는 핵심 효소로, 결과적으로 식물로 하여금 환경 스트레스를 이겨내게 도와준다.

 

PMT의 구조 일부. 이번 연구에서 3차원 구조를 새롭게 밝혔다. 구조를 정확히 밝히면 이들을 막거나 강화할 방법을 찾는 데 도움이 된다. - 생물화학저널 제공
PMT의 구조 일부. 이번 연구에서 3차원 구조를 새롭게 밝혔다. 구조를 정확히 밝히면 이들을 막거나 강화할 방법을 찾는 데 도움이 된다. - 생물화학저널 제공

이 연구원팀은 애기장대가 가진 총 세 가지 PMT가 언제, 어떻게 pEA로부터 포스포콜린을 형성하는지 DNA 해독과 생화학 실험을 통해 각각 밝혀냈다. 그 결과 세 PMT 중 하나인 PMT1이 식물의 뿌리에서 특히 많이 발견되며, 염분이 높아진 환경에서 더 활발히 활동한다는 사실을 알아냈다. 이 효소가 식물의 생장에 핵심 역할을 하며, 염분의 공격을 이기고 살아남는 데 중요하다는 사실이 밝혀진 것이다. 또 PMT2와 PMT3은 이런 기능이 없는 대신 잎에서 많이 발견된다는 사실도 알아냈다.

 

연구팀은 이어 엑스선 결정법을 이용해 PMT1과 PMT2의 3차원 구조를 자세히 밝혀냈다. 그 결과 효소의 어떤 부분이 pEA를 원하는 물질로 변환시키는지 알 수 있었다. 이 연구원은 “PMT를 (생화학적, 구조적으로) 자세히 이해하게 됐다”며 “이를 통해 식물이 스트레스에 더 잘 견디고, 영양은 더 많이 생산하게 만들 수 있다”고 말했다.

 

애기장대의 PMT는 선충 및 말라리아 원충 등과도 비슷해, 이들을 치료할 약 개발의 주요 타깃이 될 수 있다. - 생물화학저널 제공
애기장대의 PMT는 선충 및 말라리아 원충 등과도 비슷해, 이들을 치료할 약 개발의 주요 타깃이 될 수 있다. - 생물화학저널 제공

한편 PMT가 식물 외에 기생충인 선충이나 말라리아 원충도 비슷하게 갖고 있다는 사실이 이번 연구 결과 추가로 드러났다. 인간은 이 효소를 이용하지 않기에, 만약 이 효소를 무력화시키는 약을 개발할 경우 인체에 해가 없으면서도 효과가 좋은 기생충 치료제를 개발할 수도 있다. 이 연구원은 “현재 이 효소를 억제할 방법을 찾고 있다”며 “효소의 구조를 더 연구해 세 종의 효소가 왜 각기 다른 기능을 갖는지도 추가로 밝힐 예정”이라고 밝혔다.

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