기본 콘텐츠로 건너뛰기

전기 먹는 박테리아 ?



 수십억년간이 진화를 통해서 박테리아들은 극도로 다양한 대사과정을 진화시켰습니다. 따라서 온갖 화학 물질을 이용해서 ATP 형태의 에너지를 얻어내는 박테리아의 다양성 자체는 놀라운 일이 아니지만 최근 하버드 대학의 연구자들이 보고한 새로운 대사 과정은 꽤 놀라움을 전해주고 있습니다. 왜냐하면 전자 자체를 주위 환경에서 끌어다 사용하고 있기 때문입니다. 즉 전자 (전기) 를 먹는 박테리아인 셈입니다.  


 하버드대 자연과학대 교수인 피터 거귀스 (Peter Girguis, John L. Loeb Associate Professor of the Natural Sciences) 와 박사후 과정인 아피타 보스 (Arpita Bose, post-doctoral fellow in Organismic and Evolutionary Biology) 및 그 동료들은 독특한 대사 과정을 지닌 박테리아인 Rhodopseudomonas palustris 을 연구했습니다.


 R.palustris 는 그람 음성균으로 광합성 세균의 하나인 자색 (홍색) 세균 (purple bacteria) 의 하나입니다. 자색 세균은 광합성의 결과물로 산소가 아닌 황화합물을 내놓을 수 있는데 그 중에는 R.palustris 처럼 황이외의 화합물을 내놓는 자색 비황세균 (purple non-sulfur bacteria) 도 존재합니다. R.palustris 는 주변 환경에 따라 무려 네가지의 대사 모드 (photoautotrophic, photoheterotrophic, chemoautotroph, chemoheterotrophic) 를 선택할 수 있으며 탄소 고정은 물론 질소 고정도 할 수 있습니다.  


 특히 이 세균이 연구자들에 의해서 널리 연구된 이유는 바로 광합성의 대사 부산물로 수소를 내놓을 수도 있기 때문입니다. 이 세균은 오염 물질을 분해하고 그 결과물로 유용한 에너지를 내놓을 수 있기 때문에 차세대 바이오 에너지원으로 연구되고 있습니다.  



( R.palustris 의 현미경 사진. 세균은 붉은 색 원이 아니라 뒤에 실타래 처럼 보이는 것.  Credit : U.S. Department of Energy/ OrkRidge National Laboratory  )    


 일반적으로 이런 자색 광합성 세균들은 여러가지 원소들에서 전자를 끌어내서 에너지원으로 사용합니다. R.palustris 의 경우 세포외 전자 전달 extracellular electron transfer (EET) 이라는 과정을 통해서 전자를 세포의 안팎에서 이동시키며 세포 밖에 있는 전자를 끌고 들어와서 그들의 에너지 대사에 사용할 수 있다고 합니다. 넓은 범위에서 말하면 아예 전자 자체를 포식한다고 할 수 있습니다.


 동시에 연구팀은 R.palustris 에서 EET 과정을 일으켜 전자를 포식하는데 관여하는 유전자도 발견했다고 합니다. 이 유전자가 작동하지 않게 하면 전자 대사 과정의 효율이 1/3 수준으로 감소했다고 하네요. 


 본래 자연 상태에서 이 세균이 전자를 공급받는 미네랄은 철입니다. 그러나 연구자들의 실험실 테스트에서는 철이 반드시 필요한 것이 아니라는 사실이 밝혀졌습니다. 연구팀이 전극을 세균의 콜로니에 넣었을 때 다른 전자가 풍부한 금속에도 반응을 했기 때문입니다. 하지만 실제 환경에서 가장 흔하게 의존하는 금속은 철이라고 알려져 있습니다. 이들은 철금속을 산화철로 바꾸면서 여기서 대사 과정에 필요한 전자를 끌어당기는 것으로 보입니다.   


 그러나 이 세균이 광합성을 할 수 있는 표면에는 철이 흔하지 않다는 문제가 있습니다. 이에 대한 전략으로 R.palustris 는 전도체가 될 수 있는 산화철 크리스탈을 주변에 형성하면서 이것이 일종의 전자가 흐르는 회로 역할을 해서 주변에 있는 미네랄에서 전자를 끌어당기는 전략을 취하고 있다고 합니다.R.palustris 자체는 앞서 언급했듯이 이전부터 많은 연구가 진행되어 왔지만 이런 독특한 생존 전략과 대사 과정까지 지녔는지는 처음 발견되는 것이라고 하네요.


 이 세균은 전류를 공급해서 전자를 주는 방식으로 뭔가를 만들도록 할 수 있습니다. 연구팀은 이 방식을 이용해서 이 세균의 독특한 응용범위가 있을 것으로 기대한다고 (예를 들어 제약 산업) 언급했습니다. 이 연구는 Nature Communications 에 실렸습니다.  


 참고



Journal Reference:

A. Bose, E.J. Gardel, C. Vidoudez, E.A. Parra, P.R. Girguis. Electron uptake by iron-oxidizing phototrophic bacteria. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4391




라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기