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

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

인슐린 주사 일주일에 한 번만 맞아도 된다?

   당뇨병은 관리가 까다로운 만성 질병 중 하나입니다. 특히 인슐린 주사가 필요한 경우에는 더 관리가 어렵습니다. 하루에 주사를 몇 번씩 맞아야 하면 찌르는 것도 고통이고 실수로 건너뛰거나 용량을 실수하는 경우도 드물지 않습니다. 특히 고령 환자의 경우 더 위험할 수 있습니다. 이런 문제를 극복하기 위해 여러 제약 회사들이 새로운 투여 방법과 인슐린 제제를 내놓고 있습니다.   최근 2상 임상 시험을 마친 노보 노디스크 ( Novo Nordisk )의 인슐린 아이코덱 ( icodec )은 일주일에 한 번 투여하는 장시간 인슐린 제제입니다. 아이코덱은 효소에 의해 분해되는 것을 막는 변형 인슐린 분자로 혈액에서 알부민과 결합해 서서히 분리되기 때문에 한 번 주사로도 일주일이나 효과를 유지할 수 있습니다.   하지만 이렇게 장시간 작용하는 인슐린 제제의 경우 환자의 식사나 운동 같은 상황 변화에 인슐린 농도가 적절하게 유지되지 않을 가능성이 있습니다. 이번 2상 임상시험에서는 247명의 당뇨 환자를 두 그룹으로 나눈 후 실험군은 일주일에 한 번씩 아이코덱을 투여받고 매일 위약을 투여받았습니다. 그리고 대조군은 반대로 일주일에 한 번씩 위약을 투여받고 하루에 한 번씩 장시간 인슐린 제제인 란투스 (Lantus, glargine) 100U을 투여받았습니다.   26주에 걸친 임상 실험 결과 하루에 한 번 란투스를 투여받은 그룹이나 일주일에 한 번 아이코덱을 투여받은 그룹에서 특별한 합병증 차이를 발견할 수 없었습니다. 혈당 조절의 지표인 당화 혈색소 (HbA1c) 농도 역시 아이코덱 그룹에서 1.33% 감소한 반면 란투스 그룹에서 1.15% 정도 감소해서 큰 차이는 없었습니다. 그렇다면 하루에 한 번 투여하는 대신 일주일에 한 번 투여하는 것이 더 편리하고 실수로 두 번 투여하거나 건너 뛸 위험성이 적을 것입니다. 이 연구 결과는 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨 ( New England Journal...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기