[미생물] 세균들의 언어 Quorum sensing
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- 목차
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Ⅰ. 초록
Ⅱ. 서론
Ⅲ. 본론
1. 그람음성균의 quorum sensing
2. 그람양성균의 quorum sensing
3. V. harveyi의 혼합형 quorum sensing
4. 세균들의 공용어인 LuxS계 autoinducer
5. 실생활에서 Quorum sensing을 이용할 수 있는 예
Ⅳ. 결론
Ⅴ. Reference
- 본문내용
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Ⅰ. 초록
수많은 Bacteria 들이 역시 인간과 같이 서로 대화를 한다. 그 대화를 하는 방식을 Quorum sensing 이라고 한다. 우리가 대화를 할때 주로 언어라는 매개물로 대화를 하듯이 Bacteria 들도 역시 일조의 신호물질 이라는 언어를 통해 Quorum sensing 이라는 방식의 대화를 하는 것이다. 1960년대 에 세균의 bacterial bioluminescence 에 관심이 매우 높았고 , 그 관심이 Quorum sensing 이라는 communication system 이라는 중요한 발견으로 이어졌고, 그 발자취를 따라 Quorum sensing에 대한 좀더 깊은 조사를 해 보았다. Nealson 과 Hastings 의 실험을 통해서 Quorum Sensing이 세포의 농도와 관련이 있다는 결론을 얻었다. 즉 낮은 세포 밀도에선 autoinducer가 필요한 수치에 미치지 못해서 유전자의 transcription이 일어나지 못하다가 일정 농도 이상이 되면 급격한 유전자 발현이 일어나는 것이다. 이렇게 대화를 가능케 하는 신호물질인 autoinducer 엔 Acyl homoserine lactone, cyclic peptides, furanosyl borate diester 구조를 가지는 auto inducer 들이 주를 이루는 것을 확인하였다.이 Quorum sensing 기작의 예 로 그람음성균인 Vibrio fischeri의 경우, LuxI 동족체들은 autoinducer로 알려진 AHL생산을 유도하며, 세균개체군이 증식에 수반하여 HSL이 일정수준 이상에 도달하면, LuxR 동족체들이 AHL과 결합하여 특별한 표적 유전자의 발현을 개시하는 것을 확인하였다. 또, 그람 양성균은 음성균과 다르게 AHL을 신호전달물질로 이용하지 않으며, LuxI/LuxR 기구도 이용하지 않는다. 그 대신 그람양성균은 수식된 peptide 신호전달물질을 ABC 운반체를 통하여 배출하고, 이 펩타이드 신호전달물질들이 동족체인 두 성분으로 구성된 sensor kinase에 인식되어 세포질 내 조절단백질을 활성화시키는 것을 확인하였고, 예 로 Bacillus subtilis의 경우는 2종의 수식된 펩타이드 신호전달물질에 의하여 DNA의 수용과 spore 형성이 유도되는 것을 보았고, 또 다른 펩타이드 신호전달물질인 CSF를 통해 그 농도에 따라 competence화, spore 형성을 조절하는것을 확인 하였다. 또, V. harveyi의 혼합형 Quorum sensing은 밀도능에 의하여 luciferase의 구조 operon인 luxCDABE를 병렬적으로 발현시키는 2종의 autoinducer계를 갖고 있는 복잡한 quorum sensing 기구를 조사하며, 이들이 그람양성균과 그람음성균 모두에서 발견되고 있는 것을 확인하였다. 이런 Bacteria의 생명에 매우 중요한 역할을 하는 Quorum Sensing을 조사하면서, 항생제의 내성문제가 심각한 상황에서 새로운 개념의 항생제 개발을 위한 접근으로 Quorum sensing을 이용한 병원성 세균의 신호전달 체계의 교란 방법을 통해 내성을 가지는 것을 최소화 시키고, 신호물질과 유사한 물질을 통해 균의 기작을 방해, 교란 시켜 병원성을 일으키지 않도록 할 수도 있는 제품 개발의 가능성을 확인했고, 기존에 몸에 해로운 방사성 동위원소로 인체내의 문제를 조사하던 방법을 quorum sensing 을 이용한 발광법을 이용해 생체내 세균의 밀도를 측정하고 발광정도를 측정 수치적으로 표시하여 방사선 동위원소 표지법보다 안전하게 몸속을 구체적으로 진단하는 매우 안전한 방법으로의 높은 발전 가능성도 조사할 수 있었다. 단세포 미생물 역시 혼자서 생존하는 것은 매우 버거운 일이었고, 이런 Quorum sensing을 통해 효율적으로 살아가는 것을 확인했고 , 그렇기에 이 Quorum sensing의 연구는 높은 발전 잠재성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
Ⅱ. 서론
Bacteria는 일반적으로 각각의 세포끼리 신호를 주고 받게 되는데, 환경의 변화에 반응 해 특정한 신호 molecule등을 합성한다. 그리고, 이것들을 세포밖으로 배출하게 되고 uptake를 하는 communication 방법을 사용하게 되는데 , 이러한 종류의 signaling 을 Quorum Sensing 이라고 하며 quorum sensing 은 gram negative, gram positive 균 모두가 가지고 있다. 이렇게 세포간에 특수 molecule 로 서로 신호를 주고 받게 되며 환경에 대처하게 된다. 그리고, 이때 autoinducer 라는 molecule이 신호를 주고 받는 signaling을 매개하게 된다. 문자적으로 Quorum은 정족수 라는 의미를 가지며, 이는 뭔가 의사를 결정하고 행하는데 필요한 최소한의 인원을 의미하며, 이는 bacteria 에도 그대로 적용되어 뭔가 반응을 일으키거나 하기위한 molecule의 최소의 수를 의미한다. 즉 Bacteria 의 개체수가 충분하지 않게 되면 이렇게 신호를 주고 받지 못하다가 개체수가 충분히 증가해 autoinducer의 농도가 적정농도 이상으로 되면 자신들의 밀도를 감지하게 된다. 이렇게 bacteria는 Quorum sensing 을 통해서 개체수 뿐 아니라 주변의 환경상태, 화학적 조건 등을 민감하게 감지해서 bacteria 가 주변 환경에 쉽게 적응하도록 도와주는 것이다. 주분에 사용할 식량이나 영양분은 충분한지, 또 , 이 식량등을 경쟁할 주변의 미생물은 없는지를 감지하게 된다. 또, 주변의 독성물질등이 증가하진 않았는지도 Quorum sensing을 통해 감지를 하게 되는 것이다.세균들이 세포 사이에 다양한 신호물질, auto inducer 를 생산하고 이에 반응하며 매우 효율적으로 유전자 발현을 조절할 수 있게 되는것이다.
그림 1. Vibrio fischeri 에 의해 빛이나는 flashlight fish
Quorum sensing은 형광물질을 띠는 그림1 처럼 flashlight fish 로부터 발견되었다. 1960년대는 많은 생화학자, 미생물학자가 세균의 bacterial bioluminescence 에 관심이 매우 높았던 시기이다. 독립적인 영양 세균이 빛을 왜 방출하며, 이 방출되는 빛은 대체 어떤 생리적 기능과 관련이 있을지 궁금해 연구
- 참고문헌
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http://economy.hankooki.com/lpage/industry/200711/e2007
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