단백질이 DNA를 ‘스스로 쓰게’ 만드는 세균 항바이러스 방어 시스템: DRT7의 발견

세균이 박테리오파지 감염에 대응하는 새로운 방어 전략을 제시합니다. 연구진은 DRT7이라는 방어 관련 역전사효소가 단순히 RNA를 DNA로 바꾸는 효소가 아니라, 단백질 자체를 프라이머이자 템플릿처럼 활용해 DNA를 합성하는 효소 시스템임을 보여주었습니다. 특히 DRT7은 reverse transcriptase, 즉 RT 도메인과 primase–polymerase, 즉 PP 도메인을 함께 가진 다기능 단백질로, 파지 감염 시 세균 세포의 증식을 멈추는 abortive infection 방식으로 파지 확산을 차단했습니다. 초록에 따르면 이 시스템은 파지 유래 전사조절인자에 의해 활성화되고, 긴 poly(A)/poly(T)-rich palindromic DNA를 만들어 항파지 면역을 수행합니다.

DRT7은 abortive infection 방식으로 파지 증식을 억제합니다. 설명: DRT7을 발현한 E. coli는 여러 BASEL collection 파지에 대해 강한 저항성을 보였고, 파지 흡착 자체를 막지는 않았지만 감염 이후 단계에서 파지 증식을 차단했습니다. RT 도메인, PP 도메인, C-terminal 영역을 변이시키면 항파지 활성이 사라졌으며, Bas63 파지의 전사조절인자 Bas63-035가 DRT7 활성화에 관여하는 것으로 제시되었습니다. 출처: Song, X.-Y., Xia, Y., Zhang, J.-T., Wei, X.-Y., Qi, H., Li, L., & Jia, N. (2026). bioRxiv. Antiviral reverse transcriptase–primase synthesizes protein-templated DNA. Figure 1.

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🔁 RNA 없이 DNA를 만드는 역전사효소의 예외적 작동 방식

일반적으로 역전사효소는 RNA를 주형으로 삼아 DNA를 합성합니다. 그러나 DRT7은 기존 개념을 넘어, 상보적인 핵산 템플릿 없이도 단백질에 연결된 poly(T)를 먼저 만들고, 이후 PP 도메인이 poly(A)를 이어 붙이는 방식으로 DNA를 확장했습니다. PacBio long-read sequencing 결과, 합성 산물은 평균 약 1.8 kb 길이였고 대부분 A와 T로 구성되어 있었으며, poly(A)와 poly(T)가 번갈아 배열된 palindromic ssDNA 형태였습니다. 이 DNA는 자기상보성을 가지기 때문에 접혀서 hairpin 또는 duplex-like 구조를 형성할 수 있었습니다.

DRT7은 긴 poly(A)/poly(T)-rich 회문형 단일가닥 DNA를 합성합니다. 설명: dNTP 농도가 증가할수록 DNA 산물이 증가했고, SDS–PAGE 이동성 변화는 DNA가 DRT7 단백질에 공유결합으로 붙어 있음을 보여줍니다. Illumina와 PacBio 분석에서는 A/T-rich 서열, 평균 약 1.8 kb 길이, 중심 대칭적인 palindromic 구조가 확인되었습니다. dATP와 dTTP만으로도 긴 DNA 합성이 가능하다는 점은 DRT7 합성물이 주로 A/T 반복 구조임을 뒷받침합니다. 출처: Song et al. (2026). bioRxiv. Antiviral reverse transcriptase–primase synthesizes protein-templated DNA. Figure 2.

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🧩 닫힌 이합체에서 열린 이합체로: DRT7 활성화의 구조적 스위치

Cryo-EM 구조 분석은 DRT7이 평소에는 closed inactive dimer 상태로 존재하다가, poly(T) 연장이 진행되면 open active dimer로 전환된다는 점을 보여줍니다. 비활성 상태에서는 약 10 nt poly(T)가 RT와 αRep 도메인 사이 채널에 결합되어 있었고, 활성 상태에서는 단백질에 연결된 palindromic poly(A)/poly(T)-rich ssDNA가 관찰되었습니다. 특히 한 protomer는 구조적 scaffold 역할을 하고, 다른 protomer는 큰 구조 변화를 거쳐 촉매 활성 subunit처럼 작동하는 비대칭적 이합체 모델이 제시되었습니다.

DRT7은 닫힌 비활성 이합체에서 열린 활성 이합체로 전환됩니다. 설명: DRT7은 PP, RT, αRep, MID, CTD 도메인으로 구성되며, cryo-EM 구조에서 closed dimer와 open dimer 두 상태가 관찰되었습니다. 활성화 과정에서 MID 도메인은 약 180° 회전하고, PP 도메인은 재배치되어 DNA 합성에 적합한 구조를 형성합니다. 출처: Song et al. (2026). bioRxiv. Antiviral reverse transcriptase–primase synthesizes protein-templated DNA. Figure 3.

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⚙️ RT–PP handoff: poly(T)와 poly(A)를 번갈아 쓰는 분자 기계

이 연구의 핵심은 DRT7이 단일 효소가 아니라 RT와 PP 도메인이 번갈아 기질을 넘겨받는 molecular handoff system처럼 작동한다는 점입니다. RT 도메인은 arginine-rich recognition pocket을 통해 dTTP를 선택적으로 인식하고 poly(T)를 합성합니다. 이후 이 poly(T)는 PP 도메인으로 전달되어 poly(A) 합성의 primer이자 template로 사용됩니다. 다시 RT가 poly(A) 끝에 poly(T)를 붙이고, 이 과정이 반복되면서 긴 palindromic poly(A)/poly(T)-rich ssDNA가 생성됩니다. 이 반복적 RT–PP handoff 모델은 Figure 4j에 가장 명확하게 요약되어 있습니다.

RT–PP 반복 전달이 회문형 poly(A)/poly(T)-rich ssDNA 합성을 유도합니다. 설명: RT 도메인은 thymidine-specific pocket을 통해 poly(T)를 만들고, PP 도메인은 dATP를 이용해 poly(A)를 확장합니다. RT 변이 또는 PP 변이는 각각 초기 poly(T) 생성 또는 poly(A) 확장을 방해했습니다. 최종 모델은 파지 감염이 DRT7을 활성화하고, 반복적 RT–PP cycling을 통해 생성된 palindromic ssDNA가 파지 증식을 제한한다는 메커니즘을 제시합니다. 출처: Song et al. (2026). bioRxiv. Antiviral reverse transcriptase–primase synthesizes protein-templated DNA. Figure 4.

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🧠 결론: 세균 면역을 넘어, 새로운 DNA 합성 원리를 제시한 연구

초록과 본문을 종합하면, 이 논문은 DRT7이 단백질-프라이밍, 단백질-템플레이팅, 염기 선택적 DNA 합성을 수행하는 새로운 항바이러스 역전사효소 시스템임을 제시합니다. 세균 입장에서는 파지 감염을 차단하기 위한 자살적 방어 전략이지만, 분자생물학 관점에서는 핵산 템플릿 없이 단백질 구조가 DNA 서열 합성을 지시할 수 있다는 점을 보여준 사례입니다. 다만 이 연구는 bioRxiv preprint로 제시되어 있으며, DRT7 산물이 실제 세포 안에서 파지 복제·전사 중 어느 과정을 직접 방해하는지는 추가 검증이 필요합니다.

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💡 한줄평

DRT7 연구는 세균 면역을 통해 단백질이 DNA 합성의 설계도가 될 수 있음을 보여준 연구입니다.

 

참고문헌 : doi: https://doi.org/10.64898/2026.04.18.719102