한국해양연구원 차선신 박사 연구팀과 한국외국어대 이규호 교수 연구팀이 해양미생물인 비브리오균을 대상으로 한 공동연구를 통해 현재까지 밝혀지지 않은 전혀 새로운 유형의 피루브산탈카르복시효소(pyruvate decarboxylase)를 분리 동정(세균의 특정 미생물만을 분리해내어 그 정체를 밝히는 일)하고 이 단백질의 3차 구조로부터 효소 촉매기작을 규명했다.

30일 해양연구원에 따르면 FrsA(발효-호흡 조절 단백질A)로 명명된 이 단백질은 생리학적 선행연구를 통해 호흡을 억제하고 발효를 촉진하는 기능을 가지고 있음이 알려져 왔으나, 이 단백질의 생화학적 활성은 전혀 알려져 있지 않았다.

공동 연구팀은 피부르산이 호흡과 발효과정의 분기점에 위치한 대사산물임에 착안, FrsA 단백질의 기질 및 그 효소활성을 세계 최초로 규명하는데 성공했다.

피루브산탈카르복시효소는 피루브산을 아세트알데하이드와 이산화탄소로 분해하는 효소이다.

이 반응은 ‘티아민피로인산(TPP: 효모 등에서 발견된 피부르산탈카르복시효소(pyruvate decarboxylase)의 탈탄산 반응 촉매에 필수적인 조효소)’이라는 조효소의 도움으로 매개된다는 것이 기존 생화학교과서의 기술 내용이다.

하지만 연구팀은 3차 구조 정보로부터 FrsA 단백질의 효소활성부위에 조효소가 포함돼 있지 않다는 사실을 확인, ‘피루브산과 같은 알파-케토산의 탈카르복시반응은 조효소 의존적’이라는 기존 이론을 뒤집는 결과를 얻어냈다.

또한 연구팀은 3차 구조 정보를 통해 FrsA 단백질이 현재까지 알려진 피루브산탈카르복시효소들과는 아미노산 서열 및 구조적인 면에서 전혀 유사성이 없는 새로운 피부르산탈카르복시효소이며, 효소 활성 또한 가장 뛰어나다는 점을 밝혀냈다.

이번 연구의 결과는 해양생물 특이적 생명기능을 이용해 최근 대체에너지로 각광받고 있는 바이오 에탄올의 대량생산을 위한 기반을 마련했다는 점에서도 의의가 크다.

연구책임자인 차선신 박사와 이규호 교수는 “다양한 바이오매스를 이용할 수 있는 미생물에 효소 활성이 높은 피루브산탈카르복시효소를 도입하면 효율적인 에탄올 생산균주 개발이 가능하다”며, “이번 연구를 통해 FrsA 단백질이 활성도가 매우 뛰어난 피루브산탈카르복시효소로 밝혀진 만큼, FrsA 단백질을 이용한 에탄올 생산균주 개발을 후속 연구 사업으로 수행해 나갈 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구결과는 화학·생물학 분야 최고권위지인 ‘네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)’ 온라인 판에 지난 29일자로 발표됐다.