미생물....

출처 : http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?todo=view&pageno=&searchatclass2=115&atidx=71113&backList=list&seriesidx=list&menuclassidx=115&%B1%E2%C3%CA%B0%FA%C7%D0=%B1%E2%C3%CA%B0%FA%C7%D0

http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201207052115505&code=930401

http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=21&contents_id=4344

오늘 미생물에 대한 관한 기사를 하나 봤다.

내용은 대략 이종간에 교배시 후손에 생존력이 떨어지는데 우리 몸속의 미생물이 큰 영향을 준다는 내용이었다.

이걸보고 

좀더 많은 내용을 한번에 다루고 싶었다.

그래서 먼저 소개할 것은 우선 해당기사내용 전에

미새물자체에 대한 네이버케스트 내용을 먼저 소개할까 한다.

미생물이란 무엇일까요? 미생물은 매우 작아서 눈으로는 볼 수 없는 아주 작은 생물이라는 뜻입니다. 그럼 미생물은 어디에 있을까요? 미생물은 이 지구 상 어느 곳이나 존재합니다. 우리 몸속에도 수많은 미생물이 살고 있고 우리 주변 모든 곳에서 미생물이 살고 있습니다. 즉, 인간은 미생물과 더불어 살고 있다고 해도 과언이 아닙니다.

미생물은 인간의 삶의 동반자?

그동안 우리는 미생물이라면 건강에 해로운 병원균만을 많이 떠올려왔고, 그래서 미생물이라면 더럽고 위험하다는 인식을 가져왔습니다. 그러나 우리가 먹고 있는 발효음식 등에 있는 유산균 등 우리 몸에 매우 이로운 미생물도 아주 많이 있습니다. 학자들은 지구 상에 존재하는 미생물 중 우리가 분리해서 배양하고 있는 미생물은 1%도 되지 않는다고 추정하고 있습니다. 그만큼 미생물에 대해서는 아직 새로 발굴하고 연구해야 할 미지의 분야가 많이 남아 있습니다. 미생물은 어떻게 처음 발견되었을까요? 미생물의 발견은 현미경의 발견과 연관되어 있습니다. 안톤 판 레이우엔훅(Antonie van Leeuwenhoek, 레벤후크)이 처음으로 단식 현미경으로 미생물을 관찰한 후 전자현미경의 개발까지 현미경의 발전은 미생물학의 발전을 이끌어 왔다고 할 수 있습니다. 오늘날과 같은 미생물의 순수배양은 파스퇴르에 의해 가능해졌으며 이제 150여 년의 역사를 가지고 있습니다.

미생물의 종류

그럼 이제 미생물의 종류에 대해서 알아봅시다. 미생물은 원핵미생물과 진핵미생물로 나눌 수 있습니다. 원핵미생물은 핵산을 둘러싸고 있는 핵막이 없고, 핵산이 세포질 내에 존재하는 것으로 대부분이 단세포로 이루어져 있습니다. 원핵미생물에는 세균(남조류 포함), 고세균 등이 포함됩니다. 이와 대응하여 막으로 둘러싸인 핵을 가진 진핵미생물에는 곰팡이, 효모 등이 포함됩니다. 지금부터는 대표적인 미생물 종류에 대해서 알아보도록 합시다.    

 

 

세균(Bacteria)

먼저 세균(Bacteria)입니다. 세균은 그 모양에 따라 구균, 간균, 나선균 등으로 구분되고, 그람염색반응에 따라 그람양성균 또는 그람음성균으로 나뉠 수 있습니다. 또한 산소 요구도에 따라 호기성세균과 혐기성세균으로도 나뉠 수 있습니다. 세균은 우리가 살고 있는 어는 곳이나 존재하며, 우리의 일상과 밀접한 관계를 가지고 있습니다.

 

우선 세균과 관련된 질병을 살펴보면, 결핵(Mycobacterium tuberculosis), 페스트(Yersinia pestis), 탄저(Bacillus anthracis), 콜레라(Vibrio cholerae), 위궤양(Helicobacter pylori), 폐렴(Streptococcus pneumoniae), 장티푸스(Salmonella typhi), 충치(Streptococcus mutans)  등 인간의 많은 질병이 병원성 미생물과 관련되어 있습니다. 이런 병원성 세균을 없애기 위한 치료제 개발을 위해서는 병원균의 안전한 관리와 그를 통한 활발한 연구가 필요합니다.

대표적인 세균인 대장균

대표적인 세균인 대장균

 

세균은 우리 몸에 질병을 일으켜 인간에게 해로운 존재로 많이 인식되지만, 실제로는 인간에게 도움이 되는 유익한 균주로서도 널리 이용되고 있습니다. 서양에서는 오래전부터 유산균이라는 세균을 이용하여 치즈나 요구르트 등 발효식품을 만들어 왔습니다. 동양에서는 나라마다 다양한 발효식품을 먹어왔습니다. 우리의 대표적 발효식품인 김치, 된장, 젓갈 등에는 유산균과 같은 많은 유익균이 작용하여 맛있는 발효가 일어나는 것입니다. 그 외에도 항생물질, 비타민 등 유용물질을 생산하는데도 널리 이용되며, 폐수처리 등 환경오염의 생물학적 복원에도 이용되고 있습니다.

 

대장균은 가장 널리 이용되는 세균자원인데, 대장균이 가지고 있는 플라스미드(plasmid)라는 원형 DNA를 이용한 유전자재조합 기술로 다양한 유전학 실험과 유용물질 생산이 이루어지고 있습니다. 그 외 뿌리혹박테리아와 같이 식물과 공생하는 세균도 있는데, 이들은 유리질소를 고정하여 식물이 이용할 수 있도록 질소화합물을 생산하는 역할을 하고 있습니다. 또한 세균의 유기물 분해능력은 지구 상의 모든 물질순환에 주요한 역할을 하고 있습니다. 광합성을 하는 미세조류인 남조류도 분류학적으로는 세균에 포함됩니다. 남조류는 녹조현상과 같은 환경문제와 깊은 관련을 가지고 있어서 이에 대한 연구도 가중되고 있습니다.

고세균(Archaea)

 음은 고세균(Archaea)입니다. 고세균은 핵이 없는 원핵미생물이지만 세균과는 많은 차이점을 보여주고 있습니다. 그래서 일반적으로 고세균과 비교하여 세균을 진정세균이라고 부르기도 합니다. 보통 고세균은 높은 온도, 높은 압력, 높은 염도 등 극한환경에서 잘 자라고, 메탄생산 등 아주 오래전의 지구와 유사한 환경으로 추정되는 환경에서 자라는 종이 많기 때문에 고세균이라는 이름을 갖게 되었습니다. 특이하게도 고세균은 분자생물학을 통한 계통분류학적 관점에서 보면 세균보다는 진핵생물에 가깝습니다. 또한 고세균은 세균과 비교했을 때 세포벽의 구성도 차이를 보이고, 세포막의 지질 구성도 다른 점을 보이고 있습니다. 이런 고세균은 극한환경이라는 서식지 특성 때문에 특이적 활성을 보이는 효소를 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 이런 효소를 이용하여 바이오에너지생산, 환경정화, 식품 및 제약산업 등 다양한 분야에 활용하려는 연구노력이 커지고 있습니다.

효모(Yeast)와 곰팡이(Mold)

이제 진핵미생물인 효모(Yeast)로 넘어가 보도록 하겠습니다. 효모는 우리에게는 전통발효식품인 막걸리와 같은 주류발효의 주균으로서 널리 알려져 있습니다. 그 외에도 빵, 와인 등을 만드는 주요 미생물로 발효식품 산업의 주요 균주입니다. 또한 효모 그 자체가 단백질원으로서 가축의 사료로 이용되기도 합니다. 효모는 가장 단순한 형태의 진핵생물로서 인간의 세포주기와 비슷한 면을 보여주고 있는데, 이 때문에 진핵생물에서의 DNA복제, 세포분화 등 다양한 연구가 효모를 이용하여 이루어져 왔습니다.

 

또 다른 진핵미생물로는 곰팡이(Mold)가 있습니다. 곰팡이는 실 같은 균사체의 본체를 가지고 있는 사상균을 말하는데, 효모, 버섯과 함께 분류학적으로 보면 균류(Fungi)에 속합니다. 대부분의 곰팡이는 습기가 많은 환경에서 잘 자랍니다. 곰팡이도 세균과 마찬가지로 유기물을 분해하는 분해자의 역할을 하고 있습니다. 우리가 잘 알고 있는 페니실린이라는 항생물질은 푸른곰팡이가 생산하는 것입니다. 이처럼 곰팡이도 유용물질 생산 등에 널리 이용되고 있습니다.

 

미생물, 우리 삶을 윤택하게 할 새로운 금광

지금까지 살펴본 것처럼 미생물은 병원균 또는 유익균의 양면을 가지고 우리 삶과 깊숙이 관련되어 있습니다. 현재 우리는 사스, 조류인플루엔자와 같은 새로운 감염질병에 맞서 싸우기 위해 다양한 생물자원으로부터 유용물질을 얻으려는 연구노력을 집중하고 있습니다. 그 대표적인 후보로서 미생물자원을 이용하려는 다양한 노력이 계속되고 있습니다. 제2차 세계대전에서 많은 병사를 구해낼 수 있었던 페니실린처럼, 미래의 질병퇴치 등 우리 삶의 질을 높여줄 새로운 금광으로서 미생물이 활용되기를 기대해 봅니다.

 

위에서 박테리아등의 미생물에 대해 기본적인 내용을 봤고

이런 미생물들이 우리 몸속에 얼마나 있지지에 대한 

연구결과를 보면

인간의 몸속에 1만종이 넘는 각종 미생물이 살고 있는 것으로 최근 밝혀졌다. 미생물의 무게를 합하면 2㎏에 달한다. 과학자들은 미생물의 규모를 밝혀낸 데 이어 미생물이 인간의 건강과 질병에 어떠한 영향을 끼치는지에 대한 연구에 착수했다. 개인마다 다른 신체적 특성은 미생물에 의해 결정된다는 연구 결과가 나올 수도 있다.

■ 내 몸속은 미생물 동물원

미국 국립보건원(NIH)이 지난달 14일 ‘인체 미생물 군집 프로젝트(HMP)’ 1차 작업 결과를 발표했다. 

이 연구결과는 세계유명저널인 ‘네이처’에 2개의 논문으로 실렸다. 미국의 국제저널 ‘공공과학도서관저널(PLoS)’에도 10편 이상의 논문이 실렸다. 전 세계 80여개 연구소에서 200명의 연구진이 참여한 거대프로젝트다. 연구진의 이름과 소속을 소개하기 위해 논문의 마지막 세페이지가 할애됐을 정도다.

 

미국 국립보건원은 이 프로젝트에 지난 5년간 약 2000억원을 투입했다. 연구팀은 미국인 242명의 코·피부·입·소장·질 등 15개 신체 부위에서 박테리아 바이러스를 채취해 분석했다. 15개 신체 부위는 체내에서 미생물이 주로 서식한다고 알려진 곳이다.

분석 결과 사람의 몸에 사는 미생물 종류가 1만종이 넘었다. 이제까지 몇백종에 불과할 것이라는 추측이 무참히 깨졌다. 마릿수로 따지면 1조마리 이상이었다. 

인체미생물의 유전자 개수는 인간 유전자의 360배에 달했다. 무게로 따지면 약 2㎏이다. 내 몸속 미생물의 ‘존재감’이 2㎏이나 된다는 말이다. 

인체 미생물 군집 프로젝트(HMP) 연구진은 1차 연구결과를 기반으로 2차 연구에 돌입한다. 이는 인간의 질병과 건강에 관련된 미생물 연구다. 이제까지는 비만이나 아토피 등에 대해서만 개별적 연구가 진행돼왔다. 연구진은 인간 체내 미생물유전자 데이터베이스를 기반으로 미생물과 건강과의 연관성을 총체적으로 연구하겠다는 것이다. 

■ 미생물이 개인의 특성까지 좌우

2003년 인간게놈프로젝트 결과가 공개되기 전, 인간은 이 프로젝트가 인간이 다른 생물에 비해 고등한 능력을 가진 이유를 밝힐 수 있을 것이라 생각했다. 인간게놈프로젝트는 인간이 가진 30억개의 염기서열을 모두 해석하는 프로젝트였다. 분석 결과 인간의 유전자는 2만~2만5000개였다. 과학자들이 예상한 것보다 적었다. 인간보다 단순한 동물로 꼽히는 파리(2만개)나 꼬마선충(1만9000개)과 그 수가 별반 차이나지 않은 것이다. 

이후 과학자들은 인체의 미생물에 관심을 가졌다. 유전자 수는 비슷하지만, 체내에 서식하는 미생물에 따라 인간의 복잡한 메커니즘을 설명할 수 있다는 연구가 속속 발표됐기 때문이다. 지난해 과학저널 ‘네이처’는 “우리 몸에 있는 두번째 유전체, 게놈에 주목하자”고 제안했다. 이를 ‘세컨드 게놈’이라고 하는데, 우리 몸에 사는 미생물의 유전정보 전체를 말한다. 

인체와 공존하며 살아가는 미생물은 생각보다 막강하다. 

어떤 사람은 물만 먹어도 살찌는데, 어떤 사람은 야식을 먹어도 빼빼 마른 이유가 무엇일까. 과학자들은 장 내 미생물의 종류 때문에 이 같은 차이가 발생할 것이라는 연구결과를 내놓고 있다. 

2011년 유럽분자생물학연구소 연구팀은 지난해 5월 장 속 미생물의 유형에 따라 사람을 세종류로 나눌 수 있다는 연구결과를 내놨다. 루미노코커스(Ruminococcus)라는 미생물이 주로 많은 유형의 사람은 비만이 될 가능성이 높고, 박테로이데스(Bacteroides)라는 미생물이 많은 사람은 빼빼 마를 가능성이 높다. 

게다가 생활습관에 따라 몸속 미생물의 분포도 달라진다. 예를 들어 어린시절 흙장난을 많이 한 어린이와 깨끗한 데서만 자란 어린이는 체내 미생물이 달라진다는 연구 결과도 보고되고 있다. 자연분만으로 태어난 어린이와 제왕절개로 태어난 어린이의 미생물 분포를 분석하면, 자연분만으로 태어난 어린이의 세컨드 게놈이 엄마와 더 비슷하다는 연구 결과도 나왔다. 

한국인과 미국인의 인체미생물 분포는 다를 수밖에 없다. 생활환경과 습관이 모두 다르기 때문이다. 이 때문에 국내에서도 1100명의 쌍둥이를 대상으로 세컨드 게놈을 연구하는 프로젝트가 진행 중이다. 쌍둥이는 유전적으로 동일하기 때문에 이들의 차이점은 미생물 때문일 것이라는 가설을 세우고, 이를 검증하는 것이다. 이를 통해 한국인에게만 특이하게 존재하는 세컨드 게놈의 존재가 곧 밝혀질 예정이다.

위 기사내용을 정리하면

우리는 몸속에 2kg의 미생물들 1조마리와 같이 생존하고 있고

그것들이 우리의 대사활동에 많은 영향은 준다는 것이다

그리고 마지막으로 소개할 기사는

위에 언급한 내말에 대한 조금더 객관적인 실험에 대한 내용이다.

모든 동식물 개체는 혼자가 아니라 `미생물군계(群系)'(microbiome)로 불리는 무수한 미생물과 함께 살아가는데 이런 미생물들이 숙주의 진화에 중요한 영향을 미친다는 직접적인 증거가 발견됐다고 사이언스 데일리가 21일 보도했다.

동식물이 각각 고유의 미생물군계와 평생을 같이한다는 사실은 이미 잘 알려진 상식에 속하며 이들이 두뇌 발달에서부터 소화기, 감염에 대한 저항력, 심지어 체취에 이르기까지 여러 영역에서 숙주에 미치는 영향은 점점 더 확실하게 드러나고 있다.

미국 밴더빌트대학 과학자들은 그러나 보석말벌(Nasonia) 연구를 통해 이들 미생물이 숙주의 진화에도 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다고 사이언스지에 발표했다.

연구진은 미생물들이 다른 종 사이에 태어나는 잡종의 생존능력을 감소시키는 방법으로 새로운 종이 태어나게 만드는데 일정한 역할을 한다는 사실을 발견했다.

이 연구는 찰스 다윈이 말한 자연선택의 대상이 다윈의 생각과 달리 한 개체에 국한되지 않고 개체와 더불어 사는 미생물을 모두 포함한 일체에 해당한다는 이른바 홀로게놈(hologenome) 진화가설을 뒷받침하는 가장 강력한 증거를 제시한 것이다.

연구진은 보석말벌 세 종을 연구 대상으로 삼았다. 성냥 머리만한 크기의 이들 말벌은 똥파리를 비롯한 각종 파리의 몸에 기생하기 때문에 생물학적 방역에 이용되고 있다.

이들 말벌은 96종의 미생물로 이루어진 미생물군계를 갖고 있는데 이 중 N.giraulti와 N.longicornis 등 두 종은 겨우 40만년 전에 갈라진 근연종이다. 이런 근연성은 이들의 미생물군계에도 반영돼 둘 다 매우 비슷한 군계를 갖고 있다.

반면 셋째 종인 N.vitripennis는 약 100만년 전에 갈라져 게놈과 미생물군계가 모두 크게 다르다.

연구 결과 두 근연종의 잡종 자손은 사망률이 비교적 낮은 8%였지만 둘 중 하나와 N.vitripennis의 잡종 자손은 사망률이 90%나 되는 것으로 나타났다.

연구진은 생존율이 높은 잡종 자손이 갖고 있는 미생물군계가 부모의 것과 극도로 유사한 반면 살아남지 못한 새끼의 미생물군계는 부모들의 것과 완전히 다르며 매우 혼란스럽다는 사실을 발견했다.

이들은 미생물이 없는 환경에서 말벌들을 키우는 실험을 통해 잡종의 생존을 가로막는 비일치성이 미생물 때문임을 밝혀냈다.

연구진은 "생물학계에서는 종의 기원을 세포핵의 유전자 변화로 인한 것이라고 예상하기 때문에 이런 가설은 매우 받아들여지기 어려운 것이었지만 우리 연구는 세포핵 게놈과 미생물군계 모두가 종 분화의 단일체계로 간주돼야 한다는 사실을 보여주고 있다"고 말했다.

마지막 기사 하단에도나왔지만

우리가 이렇게 연구했으니 이게사실이다..... 이런 관점이 절대 아니다.

지금까지 우리가 알지못했던 어떤 현상에 영향을 주는 또다른 한가지 원인 혹은 요소를 발견했다는 의미가 될거다.

암튼

진화를 말하는 대상은 객체가 아닌 종집단이긴 하지만

각 객체의 만종이 넘는 미생물의 공존을 같이 생각한다면.....

진화란 결코 단순히 종집단에 속한 개체들만의 문제가 아닌

그를 포함하는 다른 모든 생태계까지 고려 해야 한다는 생각이 들게 됨