새로운 효소 발견으로 항균 살충제 개발 및 작물 보호 혁신

농업 분야에서 획기적인 발전을 이루기 위해 도쿄 이과 대학이 이끄는 연구팀이 식물 질병 관리 방식에 혁명을 일으킬 수 있는 효소를 확인했습니다. XccOpgD라는 효소는 약물 저항성을 촉진하지 않고 광범위한 파괴를 일으키는 병원균을 특별히 표적으로 삼는 새로운 항균 살충제의 개발로 이어질 수 있습니다.

미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 발표된 이번 연구 결과는 공부 나카지마 마사히로(나카지마 마사히로) 도쿄이과대학 부교수가 주도했다. 연구팀에는 도쿄이과대학 박사과정생 모토우치 세이, 니가타대학 부교수 나카이 히로유키, 국립농업식품연구기구 식품연구소 수석연구원 콤바 시로 등이 포함됐다.

식물 질병, 특히 악명 높은 크산토모나스(Xanthomonas) 종에 의해 발생하는 질병은 농업 생산성에 심각한 문제를 야기합니다. 이러한 병원체는 쌀, 밀, 토마토와 같은 필수 작물에 영향을 미쳐 수확량을 크게 감소시키고 전 세계적으로 상당한 경제적 손실을 초래합니다.

이전 연구에서는 크산토모나스 병원균이 식물 방어 메커니즘을 억제하기 위해 고리형 화합물인 α-1,6-고리형 β-1,2-글루코헥사데카오스(CβG16α)를 활용하는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 이제 CβG16α의 생합성을 담당하는 X. campestris pv campestris 균주에서 글리코시드 가수분해효소인 XccOpgD를 확인했습니다.

“글리칸 구조는 복잡하고 다면적이며 자연과 유기체에서 다양한 중요한 역할을 수행합니다. 효소는 글리칸을 합성하고 분해하며 글리칸 다양성에 해당하는 다양한 구조와 기능을 나타냅니다. 그러나 이러한 효소에 대한 우리의 이해는 여전히 제한적이므로 다양한 새로운 잠재력을 지닌 새로운 효소를 찾는 것이 필요합니다.”라고 Nakajima는 말했습니다. 보도 자료.

연구팀은 고급 생화학적 분석과 X선 결정학을 활용하여 XccOpgD의 촉매 메커니즘과 기질 특이성을 밝혀내고 이것이 GH186 효소 계열의 일부임을 밝혔습니다. 이 계열은 박테리아 세포벽 구성 요소를 조절하는 데 중요합니다. 특히, XccOpgD는 아노머 반전 트랜스글리코실화라고 불리는 전례 없는 효소 메커니즘을 통해 작동합니다.

“전형적인 GH 효소의 반응은 이론적으로 유지 또는 반전과 물(가수분해) 또는 설탕과의 ​​반응(당전이)의 조합에 따라 4가지 유형으로 분류됩니다. 그러나 탄수화물 관련 효소에 대한 오랜 연구 역사에서 한 가지 분류가 누락되어 있으며 우리는 누락된 분류를 발견했습니다.”라고 Nakajima는 덧붙였습니다. "이 획기적인 발전은 독특한 구조적 환경으로 인해 가능해졌으며, 효소 기반 글리코실화에 대한 새로운 가능성을 열었습니다."

순환 화합물 CβG16α는 핵자기공명을 사용하여 식별되었으며, 미카엘리스 복합체의 구조 분석을 통해 중요한 기질 결합 잔기를 찾아냈습니다. XccOpgD는 잔기 D379 및 D291의 주요 촉매 역할을 통해 아노머 반전 글리코실화 메커니즘을 촉진합니다.

이 발견은 표적 항균 살충제 개발에 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

“우리는 미래에 이 효소 동족체를 표적으로 하는 살충제 개념을 기대하고 있습니다. 토양에서 약물 내성 박테리아의 출현을 촉진하는 살균제와는 달리, 이 효소를 표적으로 삼으면 살균을 일으키지 않고 잠재적으로 병원성을 억제할 수 있습니다.”라고 Nakajima는 덧붙였습니다. "이 연구에서 확인된 효소 동족체는 유망한 구조 기반 약물 표적으로 작용하여 약물 내성 박테리아 문제에 대한 잠재적인 해결책을 제공할 수 있습니다."

이 획기적인 발전은 농업 회복력 강화, 식량 안보 개선, 기존 농약과 관련된 환경 영향 완화를 약속합니다. 연구자들이 XccOpgD의 잠재적인 응용을 계속 탐색함에 따라 이러한 발전은 전 세계 농업 문제에 대한 지속 가능한 솔루션을 위한 길을 열어 전 세계 농민과 생태계에 혜택을 줄 수 있습니다.