Àúºñ¿ë °íÈ¿À² ¸ÂÃãÇü ¹Ì»ý¹° °Ë»ö Ç÷§Æû °³¹ß
Çѱ¹»ý¸í°øÇבּ¸¿ø ±èÇϼº ¹Ú»ç, À̽±¸ ¹Ú»ç
Haseong Kim, Eugene Rha, Wonjae Seong, Soo-Jin Yeom, Dae-Hee Lee, and Seung-Goo Lee*, A Cell-Cell Communication-Based Screening System for Novel Microbes with Target Enzyme Activities. ACS Synth. Biol., 2016, 5 (11), pp 1231?1238
1. ¿¬±¸¹è°æ
¹Ì»ý¹°Àº Áö±¸»ó »ý¸íü ¹«°ÔÀÇ 60%¸¦ Â÷ÁöÇÒ Á¤µµ·Î ¹«ÇÑÇÏ¸ç ±âÈĺ¯È¿¡¼ Áúº´¿¡ À̸£±â±îÁö °ÅÀÇ ¸ðµç »ý¸íÇö»ó¿¡ °ü·ÃµÇ¾î ÀÖ´Ù. ÃÖ±Ù ÀÎü/°¡Ãà/ÀÛ¹°¿¡ °ø»ýÇÏ¸ç °Ç°¿¡ ±â¿©Çϰųª ÀÚ¿¬È¯°æÀ» Á¤ÈÇÏ°í C1°¡½º µî ź¼ÒÀÚ¿øÀ» À¯¿ë ÈÇй°Áú·Î ÀüȯÇÏ´Â ¹Ì»ý¹°±â¼úÀÇ °³¹ß¿¡ ´ëÇÑ °ü½ÉÀÌ ³ô¾ÆÁö°í ÀÖ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ¹Ì»ý¹°ÀÇ È°¿ë°¡Ä¡´Â ¹«ÇÑÈ÷ dzºÎÇÑ À¯ÀüÀÚ ±â´É¿¡ µû¸¥ °ÍÀ̸ç, ÀÌ´Â ÀüÀÚ»ê¾÷ÀÇ ¹ÝµµÃ¼±â¼úó·³ ¹ÙÀÌ¿À»ê¾÷¿¡¼µµ ¹Ì»ý¹°°ú È¿¼ÒÀÚ¿øÀÇ È®º¸°¡ Áß¿äÇÑ ÀÌÀ¯ÀÌ´Ù. ±×·¯³ª ÀüÅëÀûÀÎ ¹Ì»ý¹°ÀÚ¿ø È®º¸±â¼úÀº ƯÁ¤ÇÑ ¸î¸î ´Ü¹éÁúµéÀÇ È°¼ºÀ» ³ëµ¿Áý¾àÀûÀ¸·Î ÃøÁ¤Çϰųª °í°¡ÀÇ ÀÚµ¿È Àåºñ¿¡ ÀÇÁ¸ÇÏ°í ÀÖÀ¸¸ç, ¹Ì»ý¹°ÀÇ »ýÈÇÐÀû ±â´ÉÀ» Á÷Á¢ °üÂûÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ±â¼úÀº ±ØÈ÷ Á¦ÇѵǾî ÀÖ´Ù.
º» ¿¬±¸ÁøÀº Žħ¹°Áú(designed substrates)¿¡ ¹ÝÀÀÇÏ¿© À¯ÀüÀÚȸ·Î¸¦ ±¸µ¿½ÃÅ´À¸·Î½á ¹ÌÁöÀÇ ¹Ì»ý¹° ¶Ç´Â È¿¼ÒÀÇ ±â´ÉÀ» ´ë·®À¸·Î Ž»öÇÒ ¼ö ÀÖ´Â À¯ÀüÀÚȸ·Î(genetic circuits)¸¦ °³¹ßÇÏ¿´´Ù [1, 2]. À̴ Žħ¹°ÁúÀÌ Æ¯Á¤ »ýÈÇÐÀû È¿¼Ò È°¼º¿¡ ÀÇÇØ ¹Ì»ý¹°°£ Åë½Å¿ë ½ÅÈ£¹°Áú·Î º¯È¯µÇ¾î ±ÙÁ¢ÇÑ ¹Ì»ý¹°ÀÌ Çü±¤´Ü¹éÁú°ú Çʼö¿µ¾ç¼Ò¸¦ ¸¸µé¾î ³»µµ·Ï À¯µµÇÏ´Â ¹æ¹ýÀ¸·Î ÇØ´ç ¹Ì»ý¹°À» ¸íÈ®ÇÏ°Ô °¡½ÃÈ ÇÏ´Â È¿°ú¿Í ºÐÀÚ¿µ»ó±â¼úÀ» Àû¿ëÇÑ °ÍÀÌ´Ù. ÀÌ ¹æ¹ýÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© °øÀå ±Ùó ÇϼöÅä¾ç À¯·¡ ¹Ì»ý¹° ±ºÀ» °í»ó ¹è¾çÇÑ ÈÄ Å½Ä§¹°Áú (Å»ÀλêÈ¿¼Ò °¨Áö¸¦ À§ÇÑ phenyl-phosphate)°ú Æä³î°¨Áö À¯ÀüÀÚȸ·Î¸¦ ÀåÂøÇÑ ´ëÀå±ÕÀ» ó¸®ÇÏ¿´´Ù. ½Ã·á Áß¿¡ Å»ÀλêÈ¿¼Ò¸¦ º¸À¯ÇÑ ¹Ì»ý¹°ÀÌ Á¸ÀçÇÏ´Â °æ¿ì ÇØ´ç ¹Ì»ý¹°ÀÇ ÁÖÀ§¿¡ Çü±¤»ö µ¿±×¶ó¹Ì°¡ Çü¼ºµÇ¾î È°¼ºÀÌ ¾ø´Â ¼¼Æ÷µé°ú ½Ã°¢ÀûÀ¸·Î È®¿¬È÷ ±¸ºÐµÇ¾ú°í Å»ÀλêÈ°¼ºÀ» °®´Â ½Å±Ô ¹Ì»ý¹°À» ¿ëÀÌÇÏ°Ô È®º¸ÇÒ ¼ö ÀÖÀ½À» º¸¿´´Ù.
2. ¿¬±¸°á°ú
¸ÕÀú °³¹ßÇÑ À¯ÀüÀÚȸ·ÎÀÇ ÀÛµ¿À» °ËÁõÇϱâ À§ÇÏ¿© tyrosine phenol-lyase (TPL) È¿¼Ò¸¦ º¸À¯ÇÑ ¹Ì»ý¹°À» TPLÀÇ ±âÁúÀÎ tyrosine (Žħ¹°Áú)°ú ÇÔ²² °í»ó¹èÁö¿¡ ¹è¾çÇÏ°í À¯ÀüÀÚȸ·Î¸¦ žÀçÇÑ ´ëÀå±Õ ¼¾¼¼¼Æ÷¸¦ °ø¹è¾ç ÇÑ °æ¿ì TPLÀÌ Å½Ä§¹°Áú¿¡ ÀÛ¿ëÇÏ¿© phenolÀ» ¸¸µé¾î³»°í ±× ÁÖÀ§¿¡¼ ¹è¾çµÈ ´ëÀå±Õ ¼¼Æ÷µé¿¡¼ Çü±¤À» º¸ÀÌ´Â °á°ú¸¦ ¾òÀ» ¼ö ÀÖ¾ú´Ù (±×¸² 1).
±×¸² 1. °¨Áö¼¾¼ ÀÛµ¿ ¸ð½Äµµ: Èĺ¸ ¹Ì»ý¹°ÀÌ Å½Ä§¹°Áú(designed substrates)¿¡ ÀÛ¿ëÇÏ´Â °æ¿ì ½ÅÈ£¹°Áú(phenol)ÀÌ ¸¸µé¾îÁö°í ¼¾¼¹Ì»ý¹° ³» À¯ÀüÀÚȸ·Î´Â ÀÌ¿¡ ¹ÝÀÀÇÏ¿© Çʼö¿µ¾ç¼Ò »ý»ê(D-AAT) ¹× Çü±¤½ÅÈ£(GFP)¸¦ ¹ß»ý½ÃÅ´. ÀÌ·¯ÇÑ ¿ø¸®¿¡ ÀÇÇØ Æ¯Á¤ ¹Ì»ý¹° ÁÖº¯¿¡ Çü±¤µ¿±×¶ó¹Ì°¡ »ý°Ü³ª¹Ç·Î ¸ñÇ¥ÇÑ È¿¼ÒÈ°¼ºÀ» ¼Õ½±°Ô È®ÀÎ ÇÒ ¼ö ÀÖÀ½.
ÀÌ·¯ÇÑ ¼¼Æ÷³» È¿¼ÒÈ°¼ºÀ» °¨ÁöÇÏ´Â ¹æ¹ýÀº ¹ÌÁöÀÇ ¹Ì»ý¹°°ú Žħ¹°Áú ±×¸®°í ¼¾¼ ¹Ì»ý¹°À» °í»ó ¹èÁö¿¡¼ °°ÀÌ ¹è¾çÇÏ´Â ¸Å¿ì °£´ÜÇÑ ¹æ¹ýÀÌ¸ç °í°¡ÀÇ Çü±¤ ºÐ¼®±â (sorter)°¡ ÇÊ¿ä ¾øÀÌ º¸±ÞÇü Çü±¤ À̹ÌÁö ºÐ¼®±â·Îµµ ½±°Ô È°¼º ¹Ì»ý¹°À» ¾òÀ» ¼ö ÀÖ´Ù´Â ÀåÁ¡ÀÌ ÀÖ´Ù (±×¸² 2).
±×¸² 2. °£´ÜÇÑ ½ÇÇè¹æ¹ý: ¹Ì»ý¹° ±ºÁýÀ» °í»ó¹èÁö¿¡¼ Å°¿î ÈÄ Å½Ä§¹°Áú°ú À¯ÀüÀÚȸ·Î žÀç ´ëÀå±ÕÀ» ½ºÇÁ·¹À̷Πó¸®ÇÔ. ÇÏ·ç ¹è¾ç ÈÄ À̹ÌÁö¸¦ ºÐ¼®ÇÏ°í, ÇÊ¿ä ½Ã À¯ÀüÀÚ ºÐ¼® ÁøÇà.
½ÇÁ¦ ÀÌ ¹æ¹ýÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© Å»ÀλêÈ¿¼ÒÀÇ È°¼ºÀ» °®´Â ±ÕÁÖ¸¦ Ž»öÇÏ¿´´Ù. ¸ÕÀú °øÀå±Ùó Çϼö Åä¾ç¿¡¼ ¾òÀº ¹Ì»ý¹° ±ºÀ» źÀλêÈ¿¼ÒÀÇ Å½Ä§¹°Áú (phenyl-phosphate)¿Í ÇÔ²² °í»ó ¹èÁö¿¡ ¹è¾çÇÏ°í ÀÏÁ¤ ½Ã°£ÀÌ Áö³ ÈÄ À¯ÀüÀÚȸ·Î¸¦ ÀåÂøÇÑ ¼¾¼¼¼Æ÷¸¦ ó¸®ÇÏ¿´´Ù. ½Ã·á Áß¿¡ Å»ÀλêÈ¿¼Ò¸¦ º¸À¯ÇÑ ¹Ì»ý¹°ÀÌ Á¸ÀçÇÏ´Â °æ¿ì ÇØ´ç ¹Ì»ý¹°ÀÇ ÁÖÀ§¿¡ Çü±¤»ö µ¿±×¶ó¹Ì°¡ Çü¼ºµÇ¾î È°¼ºÀÌ ¾ø´Â ¼¼Æ÷µé°ú ½Ã°¢ÀûÀ¸·Î È®¿¬È÷ ±¸ºÐµÇ¾ú°í À̵éÀ» ´ÜÀÏ ÄݷδϷΠ¼±º°ÇÏ¿© ¼¼Æ÷ Æļâ¾×ÀÇ ½ÇÁ¦ Å»ÀλêÈ È¿¼Ò È°¼ºÀ» ÃøÁ¤ÇÑ °á°ú ¼±º° ÄݷδÏÀÇ ¾à 70%ÀÌ»óÀÌ ÇØ´ç È¿¼ÒÀÇ È°¼ºÀ» °¡Áö°í ÀÖ´Â °ÍÀ¸·Î ¹àÇôÁ³´Ù.
±×¸² 3. ÇÏõ Åä¾ç¿¡¼ Å»ÀλêÈ ¹Ì»ý¹°±â´É ºÐ¼®. (A) ½ÅźÁø °©Ãµ ÀαÙÀÇ Çϼö Åä¾ç ¹Ì»ý¹° ±ºÁý¿¡¼ phosphatase È°¼º ºÐ¼®. ¼¾¼¼¼Æ÷¿¡ ÀÇÇØ Çü±¤À» º¸ÀÌ´Â 24°³ ÄÝ·Î´Ï ¼±Åà (B) ¼±ÅÃµÈ ¹Ì»ý¹°µéÀÇ Æļâ¾×¿¡¼ phosphatase È°¼ºÀ» Á÷Á¢ ÃøÁ¤ÇÑ °á°ú ¼±ÅÃµÈ ¹Ì»ý¹° Áß ¾à 70% ÀÌ»óÀÇ °³Ã¼¿¡¼ phosphatase È°¼ºÀÌ °üÂûµÊ.
3. ¿¬±¸ÀÇ ¼º°ú ¹× ÀÇÀÇ
º» ±â¼úÀº Žħ¹°Áú¸¸ º¯°æÇÏ´Â ¹æ¹ýÀ¸·Î µ¿½Ã¿¡ ´Ù¾çÇÑ È¿¼ÒÈ°¼ºÀ» ºÐ¼®ÇÒ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, ÃÖ¼Ò 300¿© Á¾ÀÇ ´Ù¾çÇÑ È¿¼ÒÈ°¼º¿¡ Àû¿ëÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ³ôÀº È®À强À» °®´Â ±â¼úÀÌ´Ù. À̸¦ µ¿¹°ÀÇ Àå³»¹Ì»ý¹°À̳ª ±ØÇÑȯ°æ¹Ì»ý¹° µî¿¡ Àû¿ëÇÏ¸é ¹Ì»ý¹°±ºÁý ºÐ¼®, ¹ÙÀÌ¿ÀÃ˸ŠȮº¸ ¹× ´ë»ç°æ·Î°³¹ß µî¿¡ ±â¿©ÇÒ °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµÈ´Ù.
¶ÇÇÑ º» ±â¼úÀº °¨Áö/½ÅÈ£ÁõÆø/¼¼Æ÷°£Åë½Å/°¡½ÃÈ µîÀÇ Àΰø ±â´ÉÀ» À¯ÀüÀÚȸ·Î¿¡¼ ±¸ÇöÇÑ ÇÕ¼º»ý¹°Çбâ¼ú·Î¼ ÀÌ È¸·Î¸¦ µµÀÔÇÑ ´ëÀå±ÕÀº °í°¡ÀÇ Àåºñ³ª ¼÷·ÃÀÌ ¾øÀ̵µ ¿øÇÏ´Â ±â´ÉÀÇ ¹Ì»ý¹°À» ½±°Ô ¹ß±¼ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ƯÈ÷ ±âÁ¸±â¼ú°ú ´Þ¸® ¼¼Æ÷ Æļ⳪ DNA ÃßÃâ °úÁ¤ ¾øÀÌ »ì¾ÆÀÖ´Â ±×´ë·ÎÀÇ ¹Ì»ý¹°À» ºü¸£°Ô °üÂûÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù´Â Á¡¿¡¼ È°¿ë °¡Ä¡°¡ ³ô´Ù°í ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù.
Âü°í¹®Çå
1. Haseong Kim, Eugene Rha, Wonjae Seong, Soo-Jin Yeom, Dae-Hee Lee, and Seung-Goo Lee*, A Cell-Cell Communication-Based Screening System for Novel Microbes with Target Enzyme Activities. ACS Synth. Biol., 2016, 5.11, 1231?1238
2. Su-Lim Cho, Eugene Rha, Sang Jun Lee, Haseong Kim, Kilkoang Kwon, Young-Su Jeong, Young Ha Rhee, Jae Jun Song, Hak-Sung Kim, and Seung-Goo Lee. Toward a generalized and high-throughput enzyme screening system based on artificial genetic circuits. ACS Synth. Biol., 2013 3.3, 163-171.