박테리아의 모터 엔진을 보다

(Three bacterial motors with differences torques. Units are piconewton nanometres (pN nm). Credit: Morgan Beeby/Imperial College London )

박테리아도 움직일 수 있습니다. 다리나 지느러미가 달린 것은 아니지만, 대신 편모(flagella)라는 긴 섬유상의 구조물을 이용해서 움직일 수 있는 것이죠. 그런데 생물학 시간에 배우신 분도 있겠지만, 이 편모가 움직이는 방식은 생물계에서 매우 독특합니다. 이들은 근육으로 움직이는게 아니라 단백질 모터의 회전을 통해서 움직입니다.

영국 임페리얼 칼리지 런던의 모건 비비 박사(Dr Morgan Beeby)가 이끄는 연구팀은 새로운 기술을 이용해서 이 모터의 구조를 매우 상세하게 밝히는 데 성공했습니다.

이들은 모터를 구성하는 단백질이 파괴되는 것을 막기 위해 영하 180도로 급속 냉동시킨 후 전자 냉동-토모그래피(electron cryo-tomography) 기술을 이용해서 여러 박테리아의 편모 구조를 나노미터 크기로 연구했습니다.

그 결과 비록 모든 편모가 비슷한 회전 메카니즘(rotational mechanism)을 사용하고 있지만, 그 구조와 힘/토크는 종류에 따라서 매우 다양하다는 사실이 밝혀졌습니다.

예를 들어 식중독과 위장염의 원인균 가운데 하나인 캄필로박터 제주니(Campylobacter jejuni)의 경우 매우 강력한 힘과 토크를 지닌 모터를 가지고 있어 보통은 쉽게 뚫기 어려운 위 점막의 점액(mucus) 사이에서도 움직일 수 있습니다. 따라서 이곳에서 감염을 일으킬 수 있는 것이죠. 콜레라균의 경우 이보다 낮은 출력으로 위점막은 뚫지 못하지만 대신 소장의 점액은 뚫을 수 있습니다.

이번 연구에서는 수십 나노미터에 불과한 단백질 구조를 상세하게 관측하는데 성공했습니다. 사실 모터라는 단어 자체가 인간이 만든 인공물을 의미하는 것 같지만, 인간이 등장하기 까마득하게 오래전부터 세균들은 모터 구조를 이용해서 움직여왔던 것입니다. 다만 다세포 동물로 진화하는 과정에서 근육이라는 대용품을 만들었던 것일 뿐이죠.

참고

Morgan Beeby et al. Diverse high-torque bacterial flagellar motors assemble wider stator rings using a conserved protein scaffold, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016).DOI: 10.1073/pnas.1518952113

http://phys.org/news/2016-03-incredible-images-reveal-bacteria-motor.html#jCp

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