생명체가 어디까지 작아질 수 있는지는 흥미로운 주제입니다. 아마도 DNA나 RNA를 가진 가장 작은 유기체는 바이러스겠지만, 이 바이러스는 스스로 증식과 대사를 진행하지 못하는 유전정보와 단백질의 조합으로써 생명체라고 보기에는 상당히 애매한 녀석들입니다. 아마도 다른 박테리아에 기생을 하던 작은 박테리아가 극단적으로 진화한 모습이라고 생각되고 있죠.
바이러스보다 생물체의 정의에 더 가까운 박테리아들 가운데서도 매우 단순한 녀석들이 존재합니다. 극도로 작은 크기를 가진 박테리아는 아마도 가장 작은 생물체의 정의에 가장 부합할 가능성이 있습니다.
미 에너지부 산하의 로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory, 이하 버클리 연구소)의 과학자들은 Cryo-transmission electron microscopy를 이용해서 DNA 를 가진 가장 작은 세균들을 상세하게 연구했습니다. 사진에 담긴 이들의 모습은 작은 크기만큼이나 단순하지만 생명체가 어디까지 작아질 수 있는지를 보여주고 있다고 버클리 연구소의 과학자들은 설명했습니다.
(전자 현미경으로 본 초미세 박테리아. 하단의 스케일바는 100 나노미터 길이. This cryo-electron tomography image reveals the internal structure of an ultra-small bacteria cell like never before. The cell has a very dense interior compartment and a complex cell wall. The darker spots at each end of the cell are most likely ribosomes. The image was obtained from a 3-D reconstruction. The scale bar is 100 nanometers. Credit: Berkeley Lab )
이 박테리아들은 부피가 0.09 입방 미크론(micron)에 불과해 만약 대장균 (E. coli ) 안에 밀어넣는다면 150개가 들어갈 수 있을 정도로 작으며, 사람 머리카락 끝 위에 올려놓는다면 15만 마리가 같이 서있을 수 있다고 합니다. 이 박테리아들은 지하수에서 세균 필터로도 걸러지지 않을 만큼 작은 것들로 지금까지 거의 알려지지 않았다고 합니다.
이 연구를 수행한 질 밴필드 교수(Jill Banfield, a Senior Faculty Scientist in Berkeley Lab's Earth Sciences Division and a UC Berkeley professor)에 의하면 이런 초미세 박테리아들이 자연계에서 중요한 역할을 하는 것으로 추정되지만 사실 우리는 이들에 대해서 아무것도 모르고 있다고 지적했습니다.
(역시 전자 현미경으로 본 초미세 박테리아. 주변에 털 같은 구조가 보임. 스케일바 크기는 100 나노미터 A lifeline to other cells? Cryo-transmission electron microscopy captured numerous hairlike appendages radiating from the surface of this ultra-small bacteria cell. The scientists theorize the pili-like structures enable the cell to connect with other microbes and obtain life-giving resources. The scale bar is 100 nanometers. Credit: Berkeley Lab)
이번 연구에서는 콜로라도의 지하수를 필터로 거른 후, 이를 -272℃로 급속 냉동시켜 버클리 연구소로 보냈습니다. 그리고 이 샘플을 전자 현미경으로 찍어 2D 및 3D 이미지를 얻어낸 것입니다. WWE3, OP11, OD1 phyla 에 속하는 이 미생물들은 현재까지 절반 이상의 유전자의 기능이 알려지지 않은 것들로써 이번 연구에서는 이들의 미세 형태는 물론 유전자에 대한 정보까지 같이 조사되었습니다.
아무튼 이렇게 작은 박테리아라면 거의 가장 큰 바이러스보다 더 작은 셈인데, 이렇게 작은 생명체가 가능하다는 것도 신기한 일인 것 같습니다.
이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 실렸습니다.
참고
Nature Communications 6, Article number: 6372 DOI: 10.1038/ncomms7372
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