Identification and applicability of azg1 as counter-selectable marker in Trichoderma species
본 연구는 내생 유전자인 *azg1*을 다용도 역선택 마커로 확립하고, 8-아자구아닌 흡수 차단 및 5-플루오로시토신에 대한 이종 감수성 부여를 통한 CRISPR/Cas9 매개 기술을 통해 *Trichoderma* 종을 위한 유전적 도구 상자를 확장한다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 동료 심사를 거치지 않은 프리프린트의 AI 생성 설명입니다. 의학적 조언이 아닙니다. 이 내용을 바탕으로 건강 관련 결정을 내리지 마세요. 전체 면책 조항 읽기
균류는 죽은 물질을 분해하고, 식물에 영양을 공급하며, 때로는 질병과 싸우는 등 우리 세상의 보이지 않는 엔지니어입니다. 그중에서도 Trichoderma(트리코데르마)라고 불리는 그룹은 특별한 명성을 얻었습니다. 이 미생물들은 다른 균류의 천연 포식자로서, 독한 화학 물질을 사용하지 않고도 작물을 보호하고자 하는 농부들에게 매우 가치 있는 도구가 됩니다. 또한 이들은 나무를 종이나 바이오 연료로 바꾸는 데 도움이 되는 효소를 만들어내는 산업적 강자이기도 합니다. 이러한 유익한 균류를 최대한 활용하기 위해 과학자들은 이들의 생물학을 깊이 이해해야 하며, 이는 종종 그들의 유전 코드를 다시 쓰는 것을 필요로 합니다. 그러나 Trichoderma의 DNA를 편집하는 것은 놀라울 정도로 어려웠습니다. 잘 연구된 다른 균류들과 달리, Trichoderma 종들은 본래 매우 강인합니다. 이들은 농업용 화학 물질이 스며든 토양에서 살아남도록 진화했기 때문에, 과학자들이 실험실에서 제어하기 위해 사용하는 표준적인 "정지" 신호를 무시하는 경우가 많습니다. 이러한 저항성은 새로운 유전자를 삽입하거나 기존 유전자를 제거하는 것을 어렵게 만들어, 연구자들이 이 생물들을 연구하거나 개선하기 위해 사용할 수 있는 도구의 범위를 제한했습니다.
오스트리아 인스브루크 대학교의 연구팀은 이제 이 고집스러운 성질을 우회할 방법을 찾아냈습니다. 그들은 Trichoderma 내부에서 특정 유전적 스위치를 발견했는데, 이 스위치를 끄면 균류를 무해한 화학 물질에 민감하게 만들 수 있고, 다시 켜면 정밀한 유전자 편집을 허용할 수 있습니다. 성공의 핵심은 8-아자구아닌(8-azaguanine)이라는 화합물이었습니다. 자연 상태에서 이 균류는 이 물질에 면역력을 가지고 있습니다. 하지만 연구진은 세포 안으로 화학 물질을 들여보내는 문 역할을 하는 azg1이라는 이름의 유전자를 식별했습니다. 이 문이 열리면 화학 물질이 들어와 균류의 성장을 멈추게 합니다. 연구진은 현대적인 유전자 편집 도구를 사용하여 이 문을 닫는 방식으로 azg1 유전자를 삭제했습니다. 그 결과, 화학 물질을 더 이상 들여보낼 수 없게 된 균류 변종이 탄생했으며, 이는 화학 물질에 완전히 면역을 갖게 되었습니다. 이 면역력이 연구진의 새로운 선택 도구가 되었습니다. 화학 물질이 포함된 배지에서 균류를 배양함으로써, 연구진은 살아남은 모든 균류가 성공적으로 azg1 유전자를 제거했음을 확신할 수 있었습니다.
이 새로운 방법을 손에 넣은 과학자들은 삭제된 유전자가 남긴 빈 공간을 정밀한 새로운 유전적 지침을 위한 도킹 스테이션으로 사용할 수 있음을 입증했습니다. 그들은 이 자리에 빛나는 녹색 단백질을 삽입했고, 균류가 밝게 빛나는 것을 통해 새로운 유전자가 원하는 위치에 정확히 착륙했음을 증명했습니다. 이 접근 방식은 항생제 내성 유전자에 의존하여 한 번만 사용할 수 있었던 이전 방식보다 훨씬 더 유연합니다. 여기서 연구진은 azg1 유전자를 제거하고, 새로운 도구를 삽입한 다음, 잠재적으로 동일한 자리를 다른 실험을 위해 다시 사용할 수 있습니다. 연구진은 이 시스템을 주요 모델인 Trichoderma atroviride뿐만 아니라 산업적 활용으로 유명한 Trichoderma reesei를 포함한 여러 관련 종에서도 테스트했습니다. 모든 경우에 이 전략이 작동했으며, 이는 이 유전적 "도킹 포트"가 속(genus) 전체에 걸쳐 보편적인 특징임을 시사합니다.
연구팀은 방법이 작동함을 증명하는 데서 멈추지 않았습니다. 그들은 이 균류에 새로운 능력을 구축하는 데 사용했습니다. 먼저, 평소에는 무시하던 다른 종류의 화학 물질인 5-플루오로시토신(5-fluorocytosine)에 민감하게 만들려고 시도했습니다. 그들은 이 화학 물질을 처리할 수 있는 능력을 여는 열쇠 역할을 하는 다른 종류의 균류로부터 유래한 유전자를 삽입했습니다. 이 새로운 유전자가 설치되자, Trichoderma는 해당 화학 물질에 취약해졌고, 이는 두 번째 유형의 유전적 선택을 위한 문을 열어주었습니다. 다음으로, 연구진은 흔히 쓰이는 항생제인 독시사이클린(doxycycline)을 사용하여 유전자를 전등 스위치처럼 켜고 끌 수 있는 시스템을 테스트했습니다. 이 스위치를 새로운 유전적 도킹 스테이션에 배치함으로써, 연구진은 먹이에 항생제를 얼마나 추가하느냐에 따라 더 밝거나 어둡게 빛나는 균류를 성공적으로 만들어냈습니다. 마지막으로, 다양한 색상의 빛나는 단백질을 설치하여 현미경 아래에서 균류의 움직임과 구조를 추적할 수 있는 새로운 색상 팔레트를 제공했습니다.
이 연구는 유익한 균류 연구에 있어 중요한 진전을 의미합니다. 균류의 방어 체계에서 자연적인 약점을 찾아내어 이를 도구로 바꿈으로써, 연구진은 Trichoderma의 게놈을 편집할 수 있는 신뢰할 수 있고 재사용 가능하며 부드러운 방법을 제공했습니다. 이 발견은 azg1 유전자가 단순히 선택을 위한 표적이 아니라, 균류의 자연적인 능력에 해를 끼치지 않으면서 새로운 형질을 추가할 수 있는 게놈 내의 중립적인 지점임을 시사합니다. 변화가 가해진 후에도 균류는 이전과 똑같이 성장하고, 다른 미생물과 싸우며, 환경에 반응했습니다. 이러한 안정성은 농업이나 산업에 사용될 생물체에게 매우 중요합니다. 연구진은 이 시스템이 여러 종에 걸쳐 작동함을 보여주었으며, 이는 이전에 결핍되었던 이 생물들을 공학적으로 설계할 수 있는 표준화된 방법을 제공합니다. 실제 복잡한 환경에서 이 방법이 얼마나 잘 유지될지에 대해서는 더 많은 테스트가 필요하지만, 이 연구는 미래의 유전 공학을 위한 견고한 토대를 마련하였으며, 잠재적으로 더 나은 작물 생물학적 제어와 더 효율적인 산업 공정으로 이어질 수 있습니다.
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