(Microscopy image of a living E. coli bacterium, revealing the patchy nature of its protective outer membrane. A densely packed network of proteins is interrupted by smooth, protein-free islands (labelled by dashed lines in the inset). Credit: Benn et al. UCL)
영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 과학자가 이끄는 국립 물리학 연구소, 킹스 칼리지 런던, 옥스퍼드 대학, 프린스턴 대학 (National Physical Laboratory, King's College London, University of Oxford and Princeton University)의 연구팀이 살아 있는 박테리아 표면의 가장 선명한 이미지를 얻는 데 성공했습니다. 연구팀은 인간에서 질병을 일으키는 중요한 병원균의 하나인 그람 음성균의 비밀을 풀고자 대장균의 표면 미세 구조를 조사했습니다.
전자 현미경은 초미세 구조를 연구하는데 유용한 방법이지만, 살아 있는 세포를 직접 분석하기는 어렵습니다. 연구팀은 이를 분석하기 위해 아주 미세한 바늘을 대장균 표면에 접촉시켜 표면 구조와 구성 물질의 정보를 얻었습니다. 이 미세침의 끝은 수 나노미터에 불과해 매우 작은 미세 구조를 파악할 수 있습니다.
이를 통해서 확인한 것은 대장균의 외막 (outer membrane)입니다. 이 얇은 막은 단순한 껍데기가 아니라 사실 세포의 생존에 필수적인 매우 중요한 부분입니다. 영양분은 통과시키고 독성 물질은 걸러내야 하기 때문입니다. 따라서 항생제 내성에서 매우 중요한 역할을 합니다.
외막은 기본적으로 다른 세포막과 마찬가지로 얇은 지방층에 각종 단백질과 당 분자 (glycolipids 등)가 섞여 있는 구조입니다. 연구팀은 단백질이 무질서하게 지방층에 박혀 있을 것으로 생각했으나 의외로 몇 개의 고밀도 네트워크로 구성되어 있었습니다. (사진) 더 나아가 외막에는 단백질을 포함하지 않았지만, 당지질 (glycolipid)를 풍부하게 지닌 패치도 존재했습니다. 이 당지질 패치는 세포막이 쉽게 늘어날 수 있도록 만들어 대장균의 빠른 분열과 증식을 돕습니다. 덕분에 대장균은 환경만 좋다면 20분에 한 번씩 분열해 급속도로 개체수를 늘릴 수 있습니다.
연구팀은 이 새로운 이미징 기술이 앞으로 세포 표면의 미세 구조를 분자 수준까지 이해할 수 있게 도와 기초 생물학 연구는 물론 의학 연구에 상당한 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 아무튼 살아 있는 박테리아 표면을 이렇게 미세 구조까지 확인할 수 있다는 사실만으로 놀라운 것 같습니다.
참고
https://phys.org/news/2021-10-sharpest-images-reveal-patchy-bacteria.html
Phase separation in the outer membrane of Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2112237118
댓글
댓글 쓰기