Áö´ÉÇü ¼¼Æ÷´ë»çÁ¶Àý ½Ã½ºÅÛÀÇ ÃÖ±Ùµ¿Çâ
: A dynamic sensor-regulator system
±è¼±¿ø ±³¼ö
°æ»ó´ëÇб³ ÀÀ¿ë»ý¸í°úÇкÎ
¼·Ð
ÇÕ¼º»ý¹°ÇÐÀº Àηù°¡ ¿øÇÏ´Â ¹Ì¼ÇÀ» ºÎ¿©ÇßÀ» ¶§¿¡ ÀÌ°ÍÀ» ¹Þ¾Æ¼ ½º¸¶Æ®(smart)ÇÏ°Ô Ã³¸®ÇÏ´Â Áö´ÉÇü Àΰø¼¼Æ÷(Intelligent artificial cells)¸¦ ¸¸µå´Â °ÍÀÌ´Ù. Áï ÁÖ¾îÁø ÀÓ¹«¸¦ °¡Àå ÃÖÀûÀÇ ¹æ¹ýÀ» ÀÌ¿ëÇؼ È¿À²ÀûÀ¸·Î 󸮸¦ ÇÏ´Â ¼¼Æ÷°¡ Áö´ÉÇü Àΰø¼¼Æ÷¶ó°í ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. Àΰø¼¼Æ÷ Áß¿¡¼ ºÎ¿©µÈ ÀÓ¹«°¡ ¼ÒÀç¹°ÁúÀÇ ´ë·®»ý»êÀÎ °æ¿ì¿¡ ¼¼Æ÷´Â ÇϳªÀÇ ÈÇаøÀåÀ¸·Î °£ÁÖµÇ°í ¼¼Æ÷°øÀå(Cell Factory)À̶ó°í ºÒ¸®°Ô µÈ´Ù. °á±¹ ÇÕ¼º»ý¹°ÇÐÀº ½ÄÀǾà¼ÒÀç·Î »ç¿ëµÉ ¼ö ÀÖ´Â °íºÎ°¡ ±â´É¼º¹°Áú ¶Ç´Â ±âÁ¸ ¼®À¯À¯·¡ ÈÇмÒÀ縦 ´ëüÇÏ´Â ±â¹ÝÈÇй°ÁúÀ» ÃÖÀûÀÇ È¿À²·Î ´ë·®»ý»êÇϵµ·Ï ¼¼Æ÷ÀÇ ´ë»ç°æ·Î¸¦ Áö´ÉÇüÀ¸·Î Àç¼³°èÇÏ´Â °ÍÀÌ´Ù. Áö´ÉÇü ´ë»çÁ¶ÀýÀº ´ë»ç°æ·Î¿¡ °ü¿©ÇÏ´Â À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇöÀÌ ´ë»çȯ°æ º¯È¿¡ ¸ÂÃç¼ ´Éµ¿ÀûÀ¸·Î ÀÚÀ² Á¶ÀýµÇ´Â °ÍÀ» ÇÊ¿ä·Î ÇÑ´Ù. ÀÌ°ÍÀº ±âÁ¸ ´ë»ç°øÇп¡¼ À¯ÀüÀÚÀÇ ¹ßÇöÀÌ ¼¼Æ÷³»/¿ÜºÎ ´ë»çȯ°æ º¯È¿¡ ¹«°üÇÏ°Ô ÇÁ·Î¸ðÅÍÀÇ ¼¼±â, RBS(ribosomal binding site)ÀÇ ¼¼±â, ¹ßÇöº¤ÅÍÀÇ copy number¿¡ ÀÇÇؼ °áÁ¤ÀÌ µÇ°í, Çѹø °áÁ¤ÀÌ µÇ¸é ¼¼Æ÷³»¿¡¼ÀÇ ¹ßÇö·®ÀÌ °íÁ¤µÇ´Â °Í°ú´Â È®¿¬È÷ ±¸ºÐÀÌ µÇ´Â °ÍÀÌ´Ù.
¼¼Æ÷´ë»çÈ帧ÀÇ ´ÙÀ̳»¹Í Äܵå·Ñ
»ó±âÀÇ Áö´ÉÇü ´ë»çÁ¶ÀýÀÇ °³³äÀº University of California at BerkeleyÀÇ Jay D. Keasling ±³¼ö°¡ 2010³â Cell Àú³ÎÀÇ Leading Edge Essay Äڳʿ¡¼ Á¦¾ÈÀ» Çß´Ù. ±×´Â ±âÁ¸ ¹ßÇöº¤ÅÍ¿¡¼ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÆÐÅÏÀÌ ÇÁ·Î¸ðÅÍ¿¡ ÀÇÇØ ÀϹæÀûÀ¸·Î °áÁ¤µÇ°í °íÁ¤µÇ´Â °ÍÀ» ´ë»ç°æ·ÎÀÇ Á¤ÀûÁ¶Àý(Static control)À̶ó°í ÇÏ°í, ¼¼Æ÷³»/¿ÜºÎ ´ë»çȯ°æ º¯È¿¡ µû¶ó¼ Á¶ÀýµÇ´Â °ÍÀ» ¿ªµ¿ÀûÁ¶Àý(Dynamic control)À̶ó°í Á¤ÀÇÇÏ¿´´Ù. Keasling ±³¼ö´Â ´ë»ç°æ·Î°¡ dynamic control µÉ ¶§¿¡ ºÒÇÊ¿äÇÑ Áß°£´ë»ç¹°ÁúÀÇ ÃàÀû ¾øÀÌ ´ë»çÀÚ¿øÀÌ È¿À²ÀûÀ¸·Î ¸ñÀû»ê¹° »ý»ê¿¡ È°¿ëÀÌ µÇ°í ³¶ºñ°¡ ÃÖ¼ÒÈ µÉ °ÍÀ̶ó°í ¿¹ÃøÇß´Ù. ±×´Â ¿¹·Î½á ÁÖº¯ÀÇ ±Õü·®À» ÀÎÁöÇÏ´Â Äõ·Ò¼¾½Ì(Quorum sensing, Á¤Á·¼öÀνÄ)¿¡ ÀÇÇÑ ´ë»ç°æ·Î ¹ßÇöÁ¶ÀýÀÌ ¸ñÀû»ê¹°ÀÇ »ý»ê¼º Çâ»óÀ» À¯µµÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù°í ÁÖÀåÇÏ¿´´Ù(±×¸² 1).
±×¸² 1. ´ë»ç°æ·Î ´ÙÀ̳»¹Í ÄÜÆ®·Ñ. ´ë»çÈ帧 ´ÙÀ̳»¹Í ÄÜÆ®·ÑÀº ´ë»ç°æ·Î ±¸¼º È¿¼ÒµéÀÌ »ó½Ã ¹ßÇöµÇ´Â ¹æ½Ä¿¡ ºñÇØ ´õ ³ôÀº »ý»ê¼ºÀ» ¾òÀ» ¼ö ÀÖÀ½. »ó±â ¿¹ÀÇ ´ÙÀ̳»¹Í ½Ã½ºÅÛ¿¡¼´Â ¼¼Æ÷³óµµ°¡ ÀÏÁ¤ ³óµµ¿¡ µµ´ÞÇÒ ¶§¿¡¸¸ ´ë»ç°æ·Î ±¸¼º È¿¼ÒµéÀÇ ¹ßÇöÀÌ À¯µµµÇ´Â °ÍÀÓ. (A) ´ë»çÈ帧 ´ÙÀ̳»¹Í ÄÜÆ®·Ñ·¯´Â ¼¾¼ÆÄÆ®, Ãâ·ÂÆÄÆ®, µÎ ÆÄÆ® »çÀÌÀÇ ¿¬°áÆÄÆ®·Î ±¸¼ºµÊ. (B) ³·Àº ¼¼Æ÷³óµµ¿¡¼´Â LuxI¿¡¼ ¸¸µé¾îÁø acyl-homoserine lactoneÀÇ ³óµµ°¡ ³·¾Æ¼ ¸®¼ÁÅÍÀÌÀÚ ÇÁ·Î¸ðÅÍ Á¶ÀýÀÎÀÚÀÎ LuxRÀÇ È°¼ºÈ°¡ ¾ÈµÊ. (C) ÀÏÁ¤ ¼¼Æ÷³óµµ¿¡ µµ´ÞÇϸé LuxRÀÌ È°¼ºÈ µÇ¾î¼ Lux promoter (Plux)ÀÇ Á¶ÀýÀ» ¹Þ´Â ´ë»ç°æ·ÎÀÇ À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇöÀÌ À¯µµµÊ. (D) ¼¼Æ÷³óµµ°¡ ¸ñÀû»ê¹° »ý»ê¿¡ ÀûÇÕÇÑ ³óµµ¿¡ µµ´ÞÇßÀ» ¶§¿¡ »ýÇÕ¼º°æ·Î À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇöÀÌ ´õ ³ôÀº »ý»ê¼ºÀ» ¸¸µë. (Ãâó: Cell, Vol. 140, p19-23, Jan. 2010)
¹ÙÀÌ¿À¼¾¼¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý
»ó±â¿¡¼ Á¦½ÃµÈ ´ÙÀ̳»¹Í ÄÜÆ®·ÑÀº ´ë»çÈ帧À» ´Éµ¿ÀûÀ¸·Î Á¶ÀýÀ» ÇÒ ¼ö ÀÖ°í ÀÌ°ÍÀÌ °á±¹ »ý»ê¼º Çâ»ó°ú ¿¬°áÀÌ µÉ ¼ö ÀÖ´Ù´Â °ÍÀÌÁö¸¸ ¾î¶² ½ÅÈ£¸¦ ÄÜÆ®·ÑÀÇ ÁöÇ¥·Î »ïÀ» °ÍÀΰ¡¿Í ¾î¶»°Ô ¼±Á¤µÈ ½ÅÈ£¸¦ ÀνÄ(sensing)ÇÒ ¼ö Àִ°¡ ÇÏ´Â °ÍÀÌ ´ÙÀ½ ¹®Á¦·Î Á¦±âµÈ´Ù. ¼¼Æ÷°¡ ÀϹÝÀûÀ¸·Î ÀνÄÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ½ÅÈ£ÀÇ Á¾·ù´Â Å©°Ô 3°¡Áö·Î ȯ°æ½ÅÈ£, ¿ÜºÎÈÇй°Áú½ÅÈ£, ³»ºÎÈÇй°Áú/´ë»ç¹°Áú½ÅÈ£·Î À̵éÀ» ÀνÄÇÏ´Â ¼¾¼ ½Ã½ºÅÛÀÌ Á¸ÀçÇÑ´Ù(±×¸² 2).
ȯ°æ½ÅÈ£¼¾¼(Biosensors for environmental signals): ¼¼Æ÷´Â ´Ù¾çÇÑ È¯°æ½ÅÈ£µé(ºû, ¿Âµµ, pH, »ê¼Ò³óµµ, »ïÅõ¾Ð, ±Õü·®)À» ÀνÄÇÒ ¼ö ÀÖ°í À̵éÀ» ÀνÄÇÏ´Â ¼¾¼´Â ´ëºÎºÐ two-component systemÀ¸·Î µÇ¾î ÀÖ´Ù. Two-component systemÀº ¨ç intracellular histidine kinase (HK) domain°ú ¿¬°áµÈ sensor domainÀ¸·Î membrane-bound input domain, ¨è response regulator·Î ÀÛ¿ëÇÏ´Â intracellular output domainÀ¸·Î ±¸¼ºµÈ´Ù. HK domainsÀº »óµ¿¼ºÀ» °®°í ÀÖ¾î¼ ÀÌ domains°ú À̵éÀÇ cognate regulators¸¦ ½º¿ÍÇÎ(swapping)Çϸé ȯ°æ½ÅÈ£¿¡ ¹ÝÀÀÇؼ ¸ñÇ¥ À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇöÀ» Á¶ÀýÇÏ´Â chimeric two-component systemsÀÇ Á¦ÀÛÀÌ °¡´ÉÇÏ´Ù.
¿ÜºÎÈÇй°Áú¼¾¼(Biosensors for extracellular chemicals): ¿ÜºÎÈÇй°Áú¼¾¼´Â ¼¼Æ÷°¡ ¿ÜºÎÈÇй°Áú Àڱؿ¡ ¹ÝÀÀÇÒ ¼ö ÀÖ°Ô ÇØÁØ´Ù. ´ë»ç°øÇп¡¼ ÀÌµé ¼¾¼´Â ¹è¾ç Áß¿¡ ¿ÜºÎÈÇй°Áú °ø±ÞÀ» ÅëÇؼ À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇö½Ã±â¸¦ Á¶ÀýÇÏ´Â °ÍÀ» °¡´ÉÇÏ°Ô ÇÑ´Ù. ¾Æ¿ï·¯ ¸ñÀû»ê¹° »ýÇÕ¼º¿¡ 2Á¾ ÀÌ»óÀÇ ¹Ì»ý¹°ÀÌ ÇÊ¿äÇÑ °æ¿ì, Áï A ±ÕÁÖ°¡ Ãâ¹ß¹°ÁúÀ» Áß°£Ã¼·Î ÀüȯÇؼ ¹èÃâÇϸé B ±ÕÁÖ°¡ ¹Þ¾Æµé¿©¼ ÃÖÁ¾»ê¹°·Î ÀüȯÇÏ´Â ½Ã½ºÅÛ¿¡¼´Â Áß°£Ã¼ÀÎ ¿ÜºÎÈÇй°ÁúÀÇ »ý»ê·®À» ÀνÄÇؼ µÎ ±ÕÁÖ°£ÀÇ ´ë»çÈ°¼ºÀ» Á¶ÀýÇÏ´Â ¿ÜºÎÈÇй°Áú¼¾¼ÀÇ Á߿伺ÀÌ ´õ ³ô¾ÆÁø´Ù.
³»ºÎÈÇй°Áú/´ë»ç¹°Áú ¼¾¼(Biosensors for intracellular chemicals and metabolites): ¼¼Æ÷³» ÈÇй°Áú, ƯÈ÷ ÀÌÁ¾¼÷ÁÖ¿¡¼ µµÀÔµÈ ¿Ü·¡ ´ë»ç°æ·Î¿¡¼ ¸¸µé¾îÁö´Â ´ë»ç¹°ÁúÀ» ÀνÄÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ¹ÙÀÌ¿À¼¾¼´Â ´ë»ç°æ·Î Á¶Àý¿¡¼ ¸Å¿ì Áß¿äÇÏ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ¼¾¼´Â ´ë»ç°æ·Î À¯ÀüÀÚµéÀÇ Á¤±³ÇÑ ¹ßÇöÁ¶ÀýÀ» ÅëÇؼ Àüü ´ë»ç°úÁ¤ÀÌ ±ÕÇüÀ» ÀÌ·ç°í ´ë»çÀÚ¿øÀÌ È¿À²ÀûÀ¸·Î ÀÌ¿ëµÇµµ·Ï ÇÏ´Â °ÍÀ» °¡´ÉÇÏ°Ô ÇÑ´Ù. ´ëÇ¥ÀûÀÎ ¿¹´Âregulatory RNA·Î B. subtilis µîÀÌ °®°í ÀÖ´Â riboflavin- or thiamin-responsive mRNA riboswitches¸¦ µé ¼ö ÀÖ´Ù.
±×¸² 2. Cellular biosensors ¼³°è ¹× Á¦ÀÛ. (a) Two-component systemÀÇ environmental sensor·Î Á¦ÀÛ. Light-sensing domain (LOV from the B. subtilis protein YtvA)°ú HK domain (FixL from the FixL-FixJ two-component system of B. japonicum)À» ¿¬°áÇؼ blue light¿¡ ÀÇÇÑ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý. (b) Aspartate-sensing protein TarÀÇ intracellular domainÀ» EnvZ-OmpR two-component systemÀÇ EnvZ·Î ġȯÇؼ ´ëÀå±Õ chemotaxis signaling pathway·ÎºÎÅÍ extracellular aspartate¸¦ ÀνÄÇÏ´Â ¹ÙÀÌ¿À¼¾¼¸¦ Á¦ÀÛ. (c) Intracellular chemical theophyllineÀ» ÀνÄÇÏ´Â RNA-based biosensor Á¦ÀÛ. Theophylline°ú °áÇÕÇÏ°í ±¸Á¶ÀûÀÎ º¯È¸¦ ÅëÇؼ target mRNA¿¡ °áÇÕÇؼ Àü»ç¸¦ Á¶ÀýÇÏ´Â riboswitch. (Ãâó: Trends Microbiol., Vol. 19, p323-329, July 2011)
Áö¹æ»ê À¯·¡ ¹ÙÀÌ¿ÀµðÁ© »ý»êÀ» À§ÇÑ dynamic sensor-regulator system
´ë»ç°æ·Î ÃÖÀûÈ´Â °æ·Î¿¡ °ü¿©ÇÏ´Â À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇö ÃÖÀûÈ¿Í ÀϸƻóÅëÇÑ´Ù. °æ·Î±¸¼º À¯ÀüÀÚµéÀÇ ¹ßÇöÀÌ ³Ê¹« ³·À¸¸é »ýÇÕ¼º°æ·Î¿¡ º´¸ñÇö»óÀÌ ¹ß»ýÇÏ°í ¹Ý´ë·Î ³Ê¹« ³ôÀ¸¸é ¼¼Æ÷³» ÀÚ¿øµéÀÌ ºÒÇÊ¿äÇÑ RNA, ´Ü¹éÁú, ´ë»çÁß°£Ã¼µéÀÇ »ý»êÀ¸·Î ³¶ºñ°¡ µÇ¾î¼ ¸ñÀû»ê¹° »ý»ê¿¡ ÀÌ¿ëµÉ ¼ö ÀÖ´Â ÀÚ¿øÀÌ ºÎÁ·ÇÏ°Ô µÈ´Ù. ´õ ³ª¾Æ°¡¼ ¿Ü·¡ ´Ü¹éÁú°ú ´ë»ç¹°ÁúµéÀº ¼÷ÁÖ¼¼Æ÷¿¡ ³ª»Û ¿µÇâÀ» ¹ÌÄ¥ ¼ö°¡ Àֱ⠶§¹®¿¡ ÀÌ·¯ÇÑ µ¶¼º ´Ü¹éÁúµé°ú ´ë»ç¹°ÁúµéÀÇ ¼¼Æ÷³» ÃàÀûÀº »ýÀ°ÀúÇØ À¯¹ß ¶Ç´Â »ý»ê¼öÀ²°ú »ý»ê¼ºÀÇ ÀúÇÏ·Î ±Í°áµÈ´Ù. ÈÄÀÚÀÇ »ý»ê¼º ÀúÇÏ´Â ¼¼Æ÷°¡ Àû´ëÀûÀΠȯ°æ¿¡ ÀûÀÀÇÏ¸é¼ ¹ß»ýÇÏ´Â À¯ÀüÀûÀÎ º¯ÀÌ°¡ ÁÖ¿ä ¿øÀÎÀ¸·Î ÀúÇØÇö»óÀ» À¯¹ßÇÏ´Â ¿Ü·¡ ´ë»ç°æ·Î À¯ÀüÀÚµéÀÇ Á¦°Å ¶Ç´Â ºÒÈ°¼ºÈ¸¦ ÅëÇؼ ¾ò¾îÁø´Ù. »ó±â ¹®Á¦µéÀ» ÇØ°áÇϱâ À§ÇÑ promoters, intergenic regions, ribosome binding sitesÀÇ ¼¼±â¸¦ Á¶ÀýÇÏ´Â ¸î °¡Áö À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý Àü·«µéÀÌ °³¹ßµÇ¾î¿Ô´Ù. ÇÏÁö¸¸ À̵éÀº static control ¹æ½ÄÀ¸·Î ¹ßÇöÁ¶Àý ½Ã½ºÅÛÀÌ »ý¹°¹ÝÀÀ±â ³»ÀÇ Æ¯Á¤Á¶°Ç¿¡ ¸ÂÃß¾îÁ® ÃÖÀûȵǾî Àֱ⠶§¹®¿¡ Á¶°ÇÀÌ ¹Ù²î¸é »ó±â À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý ½Ã½ºÅÛÀº ÀûÀýÇÏ°Ô ¹ÝÀÀÇÏÁö ¸øÇÏ°í ÃÖÀûÀÇ »ý»ê¼ºÀ» ¾ò´Â °ÍÀº ºÒ°¡´ÉÇÏ´Ù. µû¶ó¼ ÀÌ»óÀûÀÎ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý ½Ã½ºÅÛÀº ¼¼Æ÷ »ý¸®»óÅÂÀÇ º¯È¿¡ ¸ÂÃç¼ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÀÌ ´Éµ¿ÀûÀ¸·Î Á¶ÀýµÇ´Â °ÍÀÌ´Ù. ´Éµ¿ÀûÀÎ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÁ¶Àý(dynamic regulation)Àº »ý¸íü°¡ ¼¼Æ÷³»ºÎ ¶Ç´Â ¿ÜºÎȯ°æ º¯È¿¡ ¸ÂÃç¼ ´ë»çÈ帧À» Á¶ÀýÇÏ´Â °ÍÀ» °¡´ÉÇÏ°Ô ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌ°ÍÀÇ °¡Àå ¹Ù¸§Á÷ÇÑ ¿¹´Â Çٽɰæ·ÎÀÇ ´ë»çÁß°£Ã¼ ³óµµ¸¦ ÀÎÁöÇؼ ´Éµ¿ÀûÀ¸·Î ´ë»çÁß°£Ã¼ÀÇ »ý»ê°ú ¼Ò¸ð°¡ Á¶ÀýµÇ´Â Áö´ÉÇü ´ë»çȸ·Î¸¦ ±¸ÃàÇÏ´Â °ÍÀÌ´Ù. ÀÌ°ÍÀº ¼¼Æ÷ ³»/¿ÜºÎ ȯ°æº¯È¿¡ ¸ÂÃç¼ ´ë»çÁß°£Ã¼µéÀÌ ÀûÁ¤ ¼öÁØ°ú ¼Óµµ¸¦ À¯ÁöÇÏ¸é¼ °ø±ÞµÇ°Ô ÇÔÀ¸·Î½á »ýÇÕ¼º°æ·Î°¡ Ç×»ó ÃÖÀû »ý»ê¼ºÀ» À¯ÁöÇϵµ·Ï ÇÏ´Â °ÍÀ» °¡´ÉÇÏ°Ô ÇÑ´Ù. »ó±âÀÇ Áö´ÉÇü ´ë»ç°æ·Î¸¦ ±¸ÃàÇϱâ À§Çؼ´Â »ýÇÕ¼º°æ·Î »ó¿¡¼ÀÇ ÇÙ½ÉÁß°£Ã¼ »ý¼º·®À» ÃøÁ¤ÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ¼¾¼¿Í ÃÖÁ¾»ê¹° »ý»ê¼ºÀÌ ÃÖ´ë°¡ µÇµµ·Ï °æ·Î¸¦ ±¸¼ºÇÏ´Â À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÀ» Á¶ÀýÇÏ´Â ´ëÀÀÁ¶ÀýÀÚ(cognate regulator)°¡ ÇÊ¿äÇÏ´Ù. ´ÙÇàÈ÷µµ »ý¸íü´Â »ýÇÕ¼º Áß°£Ã¼ ÃøÁ¤¿¡ ÀÌ¿ëµÉ ¼ö ÀÖ´Â ´Ù¾çÇÑ ¼¼Æ÷³» ¹°Áúµé¿¡ ´ëÇÑ ¼¾¼¸¦ ÁøÈ°úÁ¤¿¡¼ ¹ßÀü½ÃÄÑ¿Ô´Ù. ±×·¯³ª Àΰø »ýÇÕ¼º°æ·Î¸¦ Á¶ÀýÇϱ⿡ ÀûÇÕÇÑ ´ëÀÀÁ¶ÀýÀÚ´Â ÀÚ¿¬°è¿¡ ºÎÁ·ÇÏ´Ù. ´ëºÎºÐÀÇ Á¶ÀýÀÚµéÀÌ Àΰø°æ·Î°¡ ¾Æ´Ñ ¸ñÀû»ê¹°°ú ¹«°üÇÏ¸ç ³·Àº È帧¼Óµµ¸¦ °®´Â ÀÚ¿¬°æ·Î¿¡ ¸ÂÃç¼ ÁøȵǾú±â ¶§¹®ÀÌ´Ù. µû¶ó¼ Àΰø°æ·Î¸¦ ÃÖÀûÈÇÏ°í ¸ñÀû»ê¹°ÀÇ »ý»ê¼ºÀ» Çâ»ó½ÃÅ°±â À§ÇÑ DSRS (Dynamic Sensor-Regulated System) ±¸ÃàÀº ÁÁÀº ÀΰøÁ¶ÀýÀÚ(dynamic regulator)¸¦ ¼³°èÁ¦ÀÛÇؼ ¼¾¼(natural sensor)¿Í ¿¬°áÇÏ´Â °ÍÀÌ´Ù.
UC BerkeleyÀÇ Keasling ±³¼ö ±×·ìÀº »ó±âÀÇ DSRS °³³äÀ» Á¦½ÃÇÏ°í ´ëÀå±Õ¿¡¼ Áö¹æ»ê¿¡ ±â¹ÝÇÑ ¸ñÀû»ê¹°(¹ÙÀÌ¿ÀµðÁ©) »ý»ê¿¡ ¼º°øÀûÀ¸·Î Àû¿ëÇÏ¿´´Ù. ÀÌ DSRS´Â ÇÙ½É Áß°£Ã¼¸¦ ÀνÄÇÏ°í ¹ÙÀÌ¿ÀµðÁ© »ý»ê¿¡ °ü·ÃÇÑ À¯ÀüÀÚ ¹ßÇöÀ» ¿ªµ¿ÀûÀ¸·Î Á¶ÀýÇÏ´Â Àü»çÀÎÀÚ¸¦ ÀÌ¿ëÇÏ°í ÀÖ´Ù(±×¸² 3). ÀÌ DSRS¿¡ ÀÇÇØ ¹ÙÀÌ¿ÀµðÁ© »ý»ê±ÕÁÖÀÇ ¾ÈÁ¤¼ºÀÌ Áõ°¡Çß°í »ý»ê¼ºÀº DSRS ºñÀû¿ë ±ÕÁÖ¿¡ ºñÇؼ ³óµµ´Â 3¹è Áõ°¡ÇÑ 1.5 g/l, ¼öÀ²Àº À̷мöÀ²ÀÎ 28%±îÁö Çâ»óµÇ¾ú´Ù. ÀÚ¿¬°è¿¡ ´Ù¾çÇÏ°í ¸¹Àº ¹ÙÀÌ¿À¼¾¼µéÀÌ Á¸ÀçÇÏ´Â °ÍÀ» °í·ÁÇϸé DSRS Àü·«Àº ´Ù¾çÇÑ »ýÇÕ¼º°æ·Îµé¿¡ Àû¿ëµÇ¾î ´ë»ç±ÕÇü ÃÖÀûȸ¦ ÅëÇÑ ÃÖÁ¾»ê¹°ÀÇ »ý»ê³óµµ¿Í Àüȯ¼öÀ²À» Áõ°¡ ¹× »ý»ê±ÕÁÖÀÇ ¾ÈÀü¼º Çâ»ó¿¡ ±â¿©ÇÒ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀÌ´Ù.
±×¸² 3. (a) FAEE (fatty acid ethyl ester) »ýÇÕ¼º°æ·Î¸¦ 3°³ÀÇ ¸ðµâ·Î ±¸¼ºÇÔ. Module A´Â ´ëÀå±Õ À¯·¡ fatty acid synthase À¯ÀüÀÚ¿Í cytoplasmic thioesterase À¯ÀüÀÚ(tesA)·Î ±¸¼ºµÇ¾î ÀÖ°í Áö¹æ»êÀ» »ý»ê. Module B´Â pyruvate decarboxylase À¯ÀüÀÚ(pdc)¿Í alcohol dehydrogenase À¯ÀüÀÚ(adhB)·Î ±¸¼ºµÇ¾î ÀÖ°í ¿¡Åº¿Ã »ý»ê. Module C´Â acyl-CoA synthase À¯ÀüÀÚ(fadD)¿Í wax-ester synthase À¯ÀüÀÚ(atfA)·Î ±¸¼ºµÇ¾î ÀÖ°í ÃÖÁ¾»ê¹°ÀÎ ¹ÙÀÌ¿ÀµðÁ© FAEE »ý»ê. DSRS´Â repressor À¯ÀüÀÚ(fadR)°ú FadR-regulated promoters(PmodB¿Í PmodC)·Î ±¸¼ºµÊ. ÃàÀûµÈ Áö¹æ»êÀÌ ¾øÀ¸¸é FadRÀº PmodB¿Í PmodC¸¦ ¾ïÁ¦ÇÏ°í ¿¡Åº¿Ã°ú acyl-CoAÀÇ ÇÕ¼ºÀ» ÀúÇØÇÔ. ¹Ý´ë·Î Áö¹æ»êÀÌ ÃàÀûµÇ¸é chromosomal fadD·ÎºÎÅÍ ¹ßÇöµÈ ´Ü¹éÁúÀÌ Áö¹æ»êÀ» fatty acyl-CoA·Î ÀüȯÇÏ°í, ÀÌ°ÍÀº FadR°ú °áÇÕÇؼ FadR-FA·Î µÇ¸é¼ FadR¿¡ ÀÇÇØ ¾ïÁ¦µÇ¾ú´ø ¿¡Åº¿Ã°ú acyl-CoA »ýÇÕ¼ºÀÌ Áõ°¡ÇÏ°í, ¿¡Åº¿Ã°ú acyl-CoA¸¦ ÁßÇÕÇؼ FAEE¸¦ ¸¸µå´Â wax-ester synthase ¹ßÇöµµ Áõ°¡ÇÔ. (b) GC-FID¿¡ ÀÇÇØ ÃøÁ¤µÈ FAEE »ý»ê·®. FAEE »ý»ê±ÕÁÖ¸¦ 1 mM IPTG ÷°¡ÇÑ ÈÄ¿¡ 37¡ÆC¿¡¼ 3ÀÏ°£ ¹è¾ç. A2A´Â DSRS°¡ Àû¿ëµÇÁö ¾ÊÀº ÁöÇ¥±ÕÁÖ. Module C¿¡¼ µ¿ÀÏÇÑ promoter¸¦ °®´Â ±ÕÁÖ´Â µ¿ÀÏÇÑ »öÀÇ ¸·´ë·Î Ç¥½ÃÇÔ. (Ãâó: Nat Biotechnol., Vol. 30, p354-359, March 2012)
Âü°í¹®Çå
1. Holtz, W.J. & Keasling, J.D. Engineering static and dynamic control of synthetic pathways. Cell 140, 19-23 (2010).
2. Zhang, F. & Keasling, J.D. Biosensors and their applications in metabolic engineering. Trends Microbiol. 19, 323-329 (2011).
3. Zhang, F., Carothers, J.M., and Keasling, J,D. Design of a dynamic sensor-regulator system for production of chemicals and fuels derived from fatty acids. Nat Biotechnol. 30(4), 354-359 (2012).