(An ambitious outdoor experiment in fruit flies at the University of Pennsylvania revealed that an altered microbiome can drive evolutionary change. Credit: Seth Rudman)
(The experiment entailed raising several generations of fruit flies in a series of mesh enclosures, each containing a peach tree and roughly 100,000 flies. Credit: Seth Rudman)
초파리는 매우 작은 곤충이지만, 그 역시 장내 미생물을 갖고 있습니다. 물론 작은 초파리의 장내 미생물이기 때문에 인간보다 매우 단순해 100종 밖에 안되지만, 숙주에 상당한 영향을 줄 수 있다는 점은 다른 동물의 장내 미생물과 비슷합니다. 하지만 과학자들은 한 걸음 더 나아가 생각치 못한 사실을 발견했습니다. 그것은 초파리의 장내 미생물이 숙주의 유전자도 바꿀 수 있다는 것입니다.
펜실베이니아 대학의 폴 슈미트 (Paul Schmidt)와 그 동료들은 초파리의 대표적인 장내 미생물 두 종류를 이용해 실험을 진행했습니다. 사람에서 유산균으로 알려진 락토바실루스 Lactobacillus는 초파리에서도 건강에 좋아서 초파리의 수명을 늘리고 더 적은 알을 낳게 만듭니다. 반면 아세토박터 Acetobacter는 수명을 줄이고 알을 더 많이 낳도록 만듭니다. 아마도 수명과 만드는 알의 갯수가 역상관 관계가 있을 것입니다.
그 이유를 밝히기 위해 연구팀은 2입방미터의 케이지를 이용해 야외 환경에서 초파리를 키우면서 먹이에 두 종의 박테리아를 섞어 줬습니다. (사진) 그 결과 불과 5세대만에 유전자에서 눈에 띄는 변화가 관찰됐습니다. 락토바실루스와 아세토박터에 선택적 대립 유전자가 후손들에게 관찰된 것입니다.
이렇게 빠른 유전자 변화가 일어나는 이유는 모르지만, 장내 미생물이 숙주의 진화에 큰 영향을 줄 수 있다는 사실은 분명합니다. 사실 장내 미생물은 숙주와 함께 공진화를 이루는 대표적인 미생물입니다. 숙주가 이들의 진화에 큰 영향을 주는 것처럼 이들 역시 숙주의 진화에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 초파리 모델이 그 구체적인 기전에 대한 정보를 제공할 수 있을지 주목됩니다.
참고
Seth M. Rudman et al, Microbiome composition shapes rapid genomic adaptation of Drosophila melanogaster, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1907787116
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