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‘최적화의 실패’로 살아남은 효모
(Yeast Survive as They 'Fail to Optimize')
Brian Thomas

    '실패(fail)'라는 단어는 일반적으로 뭔가 잘못되었다는 것을 의미한다. 학교 시험에 실패하는 것은 그 과목을 통과할 가능성을 감소시키고, 신체검사를 실패하는 것은 건강이 좋지 않다는 징후이다. 하지만 과학자들이 특정 단백질의 생산을 '최적화하는데 실패한” 효모와 박테리아를 연구했을 때, 그 실패가 사실은 아주 좋은 것이라는 것을 발견했다.
 
조사를 실시한 효모(yeast)와 박테리아(bacteria)는 생물학적 시계의 부품으로 사용되는 특정 단백질의 최대 가능 생산량을 만들어내는 데에 실패했다. 별도의 두 연구팀은 그 이유를 밝히고자 했다. 연구자들은 어떻게 이런 매우 다른 생물체들이 그들의 작은 시계들을 맞추는데 비슷한 방식을 사용하는지를 알아보았고, Nature News는 그 두 연구 결과를 요약 보도했다.[1]
 
넓은 범주의 생물들에게서 사용되고 있는 체내시계(circadian clocks)는 리듬 주기(rhythmic cycles)에 작용하는 단백질을 생산함으로서, 세포가 시간을 지키고 매일의 리듬을 유지하는 것을 돕는다. 이 과정에서 중요한 단백질 중 하나는 'FRQ”라고 불리는 것으로, 주파수(frequency)를 떠올리게 하는 이름이다. 처음 보기에, 이들 생물이 FRQ를 최대 속도로 생산해내는 것에 실패한 것이 완전히 진화되지 않았다는 표시처럼 보일 수 있다. 아마도 진화는 아직 개선의 여지가 있는 부분들을 남겨둔 채 진행되고 있는 중일 수 있다는 것이다.
 
효모를 연구한 연구팀은 효모의 생산 과정이 빨라지도록 효모의 단백질 생산 암호를 미묘하게 조정했다.[2] 그리고 이 더 왕성한 버전의 FRQ를 살아있는 효모 세포에 집어넣었다.[3] 어쩌면 이 과정이 진화적 발전을 수동으로 조작하여 효모의 생체시계를 발전시킬 것으로 생각하면서 말이다.
 
그러나 단백질의 여러 조작된 버전들은 실제로는 효모의 체내시계를 망가뜨렸다!

한 조작된 버전은 생산 속도를 너무 빠르게 만들어, FRQ가 적당한 3차원 형태로 접힐 시간을 주지 않아 체내시계를 방해했다. 저자는 ”우리의 연구는 코돈 사용(codon usage, 같은 유전적 단어들의 철자를 대체하는)이 단백질 발현 수준을 조절할 뿐 아니라, 그 구조와 기능까지 조정한다는 것을 시사한다”라고 썼다.[2] 그리고 그것은 효모의 시계 작동이 다양하게 변화하는 환경 속에서 최선이 되도록 만든다는 것이다.
 
마찬가지로, ”세균은 실제로 낮은 온도에서 최적화되지 않은 코돈을 사용함으로써 더 잘 자란다.”[1]

즉, 이러한 체내시계는 최대 생산 속도에 최적화되지 않음으로써, 시간을 지키는 그들의 임무에 이미 ”최적화된” 것으로 나타난다. 너무 빨리 생성하는 경우, 체내시계는 새 일주기에 맞추지 못한다. 세포가 올바른 단백질을 너무 많이 생산하는 경우, 시계는 너무 강해지고, 또 다시 주기를 맞추지 못한다. 질과 양 사이에 최적의 균형을 유지해야만 하는 것이다. 이것이 세포시계의 기원에 대해 무엇을 의미하는 것일까?
 
실패와는 거리가 멀게, 이 체내시계들은 분명히 미세하게 조정되어 있었다. 그들은 정밀한 설계 사양에 의해서 생물학적 시계를 조절하고 있었던 것이다. 서투른 수선이 시계를 망가뜨리는 것을 보여준 이 실험은 초월적 지혜의 시계공(Divine Horologist) 만이 유전자와 단백질에 필요한 정교함을 처음부터 즉시 모두 한꺼번에 추가하셨음을 증거하고 있는 것이다.


References

1. Hurley, J.M., and J.C. Dunlap. 2013. Cell biology: A fable of too much too fast. Nature. 495 (7439): 57-58.
2. Zhou, M. et al. 2013. Non-optimal codon usage affects expression, structure and function of clock protein FRQ. Nature. 495 (7439): 111-115.
3. They engineered more efficient codons into the gene. This produced the same amino acid sequence as the wild-type protein, but the new configuration sped more quickly off the protein assembly line.

 

출처 : ICR News, 2013. 4. 10.
URL : http://www.icr.org/article/7404/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 효모는 적응했을 뿐, 진화하지 않았다. (Yeast Adapt, But Don't Evolve)
2. 4천5백만 년 전의 호박 속에 있던 효모로 발효시킨 맥주? (45-Million-Year-Old Brewer's Yeast Still Works)
3. 준비, 조준, 개화 : 개화 시간을 알려주는 식물의 시계 (Ready, Aim, Flower)
4. 식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가? (Plants spring into action)
5. 식물들은 모래시계 메커니즘을 사용한다. (Plants Use Hourglass Mechanism)
6. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved)
7. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
8. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin)
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12. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
13. 식물 공변세포의 고도로 복잡한 생합성 과정 (Wilt Thou? Not with Guards in the Chem Lab)
14. 식물은 자세히 볼수록 경이롭다 : 통신과 스위치, 세포벽 건축, 상향 이동성 (Plant Wonders Are in the details)
15. 박테리아는 식물 잎과 빛 스펙트럼을 공유한다. (Bacteria Share Light Spectrum with Plant Leaves)
 
 
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