국내 최초 빛→에너지 전환 세균 유전자 발견…광바이오 센서 상용화 기대

국립생물자원관, '플라보박테리움' 세균서 빛 매개 활동 세균 광활성 단백질 유전자 확인

▲플라보박테리움 체니애를 빛이 있는 상황에서 배양한 결과(왼쪽)과 없는 상황에서 배양한 결과(오른쪽). (사진제공=환경부)

국내 최초로 빛을 에너지로 전환해 활동하는 세균 유전자를 발견했다. 연구진은 내달 특허출원을 진행하고, 세포 활성 조절 등을 위한 센서로 활용할 수 있도록 추가 연구를 진행한다는 방침이다.

환경부 소속 국립생물자원관은 '플라보박테리움'속의 세균으로부터 빛을 매개로 활발히 활동하는 세균 광활성 단백질(프로테오로돕신) 유전자를 찾았다고 3일 밝혔다.

생물자원관에 따르면, 세균 광활성 단백질은 광활성 이온 펌프라고도 불리며 빛을 받으면 레티날(retinal)과 결합해 이온을 막 내외로 수송하는 단백질로, 해수 표면에 서식하는 대다수의 미생물이 가지고 있다. 인간의 망막에 존재하는 시각세포인 로돕신과 같은 조상에서 유래된 것으로 추측되며, 빛 포착 및 빛에너지를 전기에너지로 전환한다.

생물자원관과 박수제 제주대 교수 연구진은 2020년부터 생물자원관이 보유한 플라보박테리움속의 자생세균 20종과 이미 알려진 같은 속 167종 유전체 염기서열을 비교·분석했다.

연구 결과 플라보박테리움 체니애(Flavobactgerium cheniae)라는 자생 세균이 세균 광활성 유전자를 보유하고 있는 것을 확인했다. 이 유전자는 빛을 공급했을 때 세포가 단백질을 통해 생산하는 대사 산물이 약 20% 증가하는 것으로 나타났다.

자원관 관계자는 "지난해 일본에서는 을 매개로 활성화되는 미생물 단백질 성질을 이용한 암세포 사멸 연구가 진행되고 있다"라며 "이번에 발견한 세균 광활성 단백질 '프로테오로돕신'도 이와 유사하게 빛을 에너지로 전환해 세포 활성 조절을 위한 '센서'처럼 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '마이크로바이올로지 스펙트럼(Microbiology spectrum)'에 게재될 예정이며 관련 내달 특허 출원도 진행될 예정이다.

서민환 국립생물자원관장은 "자생 생물자원으로부터 유용한 유전자원을 발굴하기 위해 노력하고, 국내 유전자원의 다양한 활용을 위한 연구도 병행·추진할 계획"이라고 말했다.