작성일 : 19-10-17 18:05
KAIST 김재경 교수 국제 공동연구, 세포의 '양성 피드백 루프' 역할 발견 , 세포들의 의사소통 방법, 수학 모델로 찾았다
 글쓴이 : happy
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국내외 공동연구팀이 수학으로 미생물의 신호전달 방식을 찾았다.

KAIST(총장 신성철)는 김재경 수리과학과 교수세포의 의사소통 방법을 발견했다고 15일 밝혔다. 이번 연구에는 라이스 대학교 매튜 베넷(Matthew Bennett) 교수와 휴스턴 대학교 크레시미르 조식(Kresimir Josic) 교수 연구팀이 참여했다.

세포들은 신호전달 분자를 이용해 소통한다. 보통 이 신호는 매우 짧은 거리에 도달한다. 그럼에도 불구하고 세포들은 넓은 공간에서 상호작용할 수 있다.

연구팀은 그 이유를 찾기 위해 합성생물학과 수학 모델을 이용했다. 합성생물학은 유전자와 단백질 등 생물 구성요소와 시스템을 만드는 분야다.

두 박테리아의 생물학적 회로 디자인과 그 기능을 이해하는 데 사용된 편미분방정식의 일부분. <그림=KAIST 제공 >
먼저 연구팀은 신호전달 분자를 주기적으로 방출하는 전사 회로(Transcriptional circuit)를 박테리아에 만들었다. 100㎛ 공간에서 박테리아를 배양하자 각자 다른 시간에 신호전달 분자를 방출하던 박테리아들이 같은 시간에 분자를 내보내는 동기화가 일어났다.

박테리아를 2㎜ 공간으로 옮겼을 때는 다른 현상이 나타났다. 수학 모델링으로 시뮬레이션 한 결과, 각 박테리아의 신호전달 분자 전사 회로에 '전사적 양성 피드백 루프(Transcriptional postivie feedback loops)'가 있을 때만 박테리아가 함께 신호전달 물질을 방출했다. 양성 피드백 루프는 유전자 발현을 유도하는 시스템이다. 

연구팀은 박테리아의 상호작용을 원 위의 두 점으로 간단하게 표현했다. 양성 피드백 루프가 있으면 두 점의 위치 차이가 커도 시간이 지날수록 점점 차이가 줄어들어 나중에는 동시에 움직였다. 
 
김재경 교수"세포들이 자신의 목소리는 낮추고 상대방의 목소리에는 더 귀 기울일 때만 한목소리를 낼 수 있다는 점이 인상적"이라며 "수학을 이용해 시스템을 단순화하지 않았다면 이 원리를 찾을 수 없었을 것이다. 복잡한 것을 단순하게 보게 해주는 것이 수학의 힘이다"라고 말했다.

연구 결과는 네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology) 10월 14일 자 온라인판에 실렸다.

박테리아들의 상호작용(왼쪽)을 원으로 표현했다. <그림=KAIST 제공 >