진핵생물의 유전자를 지닌 고세균 로키아케아

(Fig. 1 Growth curves and photomicrographs of the cultured Lokiarchaeota strain MK-Dl.a, Growth curves of MK-DI in anaerobic media supplemented with Casamino acids (CA; 0.05%, w/v) alone; CA with 20 amino acids (20 AAs; 0.1 mM of each) and powdered milk (PM; 0.1 %, w/v); or peptone (0.1 %, w/v) with PM. Results are also shown for cultures fed with 10- and 100-fold dilution of CA, 20 AAs, and PM. b, c, Fluorescence images of cells from enrichment cultures after eight (b) and eleven (c) transfers stained with DAPI (violet) and hybridized with nucleotide probes targeting MK-DI (green) and Bacteria (red). Pie charts show relative abundance of microbial populations based on SSU rRNA gene tag-sequencing (iTAG) analysis. d, A fluorescence image of cells from enrichment cultures after eleven transfers hybridized with nucleotide probes targeting MK-DI (green) and Methanogenium (red). e, SEM image of a highly purified co-culture of MK-DI and Methanogenium. White arrows indicate Methanogenium cells. The detailed iTAG-based community compositions of cultures corresponding to each of the images are shown in Supplementary Table S2. biorxiv (2019). DOI: 10.1101/726976)

 일본의 과학자들이 진핵생물 진화의 단서를 지닌 미스터리한 고세균을 배양하는데 성공했습니다. 인간을 포함한 진핵생물은 더 단순한 두 가지 미생물인 세균과 고세균에서 진화했다고 생각되지만, 정확히 어떻게 두 생물이 하나의 복잡한 세포로 진화했는지는 잘 모릅니다. 여기에 대해서 여러 가설이 존재하는데 이 이야기에 대해서 제 책인 포식자에서 다룬 적이 있습니다. 

 책 정보: http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200

 책에서는 소개하지 않았던 내용이지만, 사실 과학자들은 심해 퇴적물에서 매우 독특한 유전자를 발견했습니다. 고세균이면서 진핵생물과 유사한 유전자를 지닌 생물을 발견한 것입니다. 이 고세균은 심해저의 Loki's Castle 열수분출공에서 발견되었기 때문에 로키아케아 Lokiarchaea이라고 불립니다. 하지만 실제 고세균을 배양하고 동정한 것이 아니기 때문에 샘플이 오염되었을 가능성을 배제하기 어려웠습니다. 

 연구팀은 해저에서 얻은 샘플을 열수 분출공 주변 환경과 비슷한 고온 고압 상태로 만들어 5년간 배양해 로키아케아를 충분한 숫자로 증식시킨 후 다시 같은 환경의 배양 탱크로 옮겨 7년을 더 배양해 복잡한 검사가 가능한 수준까지 증식시켰습니다. 

 연구 결과는 로키아케아가 실제로 고세균과 진핵생물의 중간적 특징을 지녔다는 사실을 보여줬습니다. 물론 이것만으로 로키아케아가 진핵생물 진화의 잃어버린 고리라고 할 순 없지만, 고세균과 세균이 어떻게 진핵생물로 진화했는지 단서는 제시할 수 있습니다. 아무튼 12년간에 걸친 집념의 배양이 가능했다는 사실도 놀랍습니다. 이런 연구 환경이 일본이 기초과학에서 앞설 수 있는 이유일 것입니다. 

 참고 

Hiroyuki Imachi et al. Isolation of an archaeon at the prokaryote-eukaryote interface, biorxiv (2019). DOI: 10.1101/726976

https://phys.org/news/2019-08-lokiarchaea-special-tank-year.html