자연계에서 가장 강한 접착제를 지닌 박테리아

 (Two cells of "Caulobacter crescentus" attached by their "holdfast." Credit: University of Montreal)

 자연계에는 강력한 접착제를 지닌 생물들이 있습니다. 물의 흐름이 빠른 장소에서 바위에 딱 붙어 생활하는 홍합이나 따개비가 대표적입니다. 일반적인 접착제라면 도저히 붙을 수 없을 것 같은 환경에서도 이들은 단단히 고정되어 생활할 수 있습니다. 이런 강력한 생체 접착제는 수술용 접착제나 무독성 접착제 개발에 도움을 줄 수 있습니다. 따라서 과학자들은 이들의 비밀을 밝히기 위해 연구를 계속해오고 있습니다. 

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 그런데 이 분야에서 유명한 홍합 이외에도 사실 자연계에는 강력한 접착제를 만드는 생물들이 있습니다. 잘 알려지진 않았지만, 박테리아 가운데서도 강력한 생체 접착제를 만드는 종이 있습니다. 몬트리올 대학의 미생물학자인 이브 브룬 (Yves Brun)은 파이프 내부처럼 압력과 물살이 빠른 환경에도 표면에 잘 들러 붙는 미생물인 카울로박터 크레센투스 (Caulobacter crescentus)를 연구했습니다. 

 이 박테리아는 매우 독특한 방식으로 물살이 빠른 환경에 들러 붙어 증식합니다. 달라붙으려는 물체 표면에 긴 흡착 기관 (holdfast)를 낸 후 (위의 사진에서 맨 왼쪽에 보이는 긴 막대 같은 부분) 박테리아의 몸통 부분은 열매처럼 매달리는 식으로 붙는데, 여기서 분열을 통해 증식합니다. 새로 증식하는 부분은 반대편에 긴 섬모가 달리면서 (사진에서 오른쪽) 또 다른 곳으로 헤엄쳐가 표면에 흡착 기관을 내 달라붙습니다. 박테리아의 몸통에 비하면 달라 붙는 흡착기관은 매우 작지만 놀라울 정도로 강력한 접착제를 통해 단단히 고정될 수 있습니다. 

 그런데 이 생체 접착에도 한계는 있습니다. 본래 민물 환경에서 진화한 박테리아라 바닷물처럼 염분이나 이온이 많은 액체에서는 잘 달라붙지 않습니다. 연구팀은 이 박테리아의 친척 가운데 바닷물에 적응한 박테리아인 히르시아 발티카 (Hirschia baltica)를 연구해 박테리아가 이 문제점을 어떻게 극복했는지 연구했습니다. 

 연구팀에 따르면 이 박테리아가 분비하는 다당류 디아세틸라제(polysaccharide deacetylase)인 HfsH가 이온이 많은 환경에서도 접착력을 유지하는 데 결정적인 역할을 하고 있었습니다. 접착제의 종류는 동일한데, 첨가물이 바닷물에서도 같은 접착력을 유지하게 도와준 것입니다. 연구팀은 앞으로 수술용 접착제나 응급 지혈제, 그리고 바닷물 속에서도 쉽게 붙을 수 있는 무독성 접착제 등 여러 가지 유용한 물질을 개발하는데 이 연구가 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 

 참고 

https://phys.org/news/2021-10-nature-strongest-salty-environments.html

Nelson K. Chepkwony et al, A polysaccharide deacetylase enhances bacterial adhesion in high-ionic-strength environments, iScience (2021). DOI: 10.1016/j.isci.2021.103071