극지 생물체 연구로 생명체의 근원 밝히기
2002-04-13 생명과학


극지의 생물체가 현재 강렬한 국제적인 연구의 대상이 되고 있다. 지난 2월, 미국, 남아프리카, 뉴질랜드의 연구원들은 평균 기온이 섭씨 –30도이고, 기후조건이 화성과 흡사하다고 주장되기도 하는 남극의 척박한 계곡에서 15일간을 보냈다. 그들은 이러한 악조건에서 살고있는 미생물들을 채취하여 그들의 DNA를 이동 분자연구소에서 분석했다.

한편, 미국의 Diversa사는 2001년 10월 대서양의 열수 분출구에서 발견된 Pyrolobus fumarii의 유전 암호의 배열을 알렸었다. Pyrolobus fumarii는 고온에서의 저항력이 뛰어나서 90-113도에서 가장 활발한 번식력을 보인다.

프랑스도 “극지생물체”의 연구에 뛰어들고 있으며, 연구의 효율적 조정을 위해서 국립과학 연구소는2001년 말부터 4년 계획으로 GEOMEX 프로그램 (극지 환경의 지구 미생물학)을 발촉시켰다. Philippe Gillet 박사의 지휘로 수행되는 GEOMEX는 물리학자, 생물학자, 지질학자들을 규합하면서 첫해 910 000 유로의 재원을 확보했다. 이 프로그램의 목표는 극지와 같은 열악한 환경에서 서식하는 생물체의 물리 화학적인 한계를 밝히는 것이다. 또한 높은 온도 뿐 아니라 방사선에서도 견디는 Thermococcus gammatolerans와 사하라의Ramlibater tataounensis등 양 극지 생물체의 게놈 배열을 수행할 것이다.

이외에도 연구원들은 탄산나트륨 호수나 염도 강한 바다에서 뿐 아니라, 간헐온천의 과열된 산성의 물 속에서, 또한 2500m가 넘는 깊이의 바다 밑 열천에서도 견디는 무적의 미생물들을 발견하고 있다. 이러한 미생물들의 기이성은 “외계” 생명체의 존재도 가능할 수 있음을 시사하며, 다른 항성에서 그들의 존재를 연구할 수 있는 실마리를 제공한다. 이러한 배경에서Nasa는 대규모의 우주생물학 프로그램을 발효시켰다. 산업체들도 극지생물체들의 뛰어난 저항력의 효소들에 관심을 갖고 그들을 여러가지 공정에 응용하려고 시도하고 있다.

우주생물학에 대한 관심 이외에도, 이들 특이한 생물체들은 지구상의 생명의 근원과 생물계의 여러 群의 진화에 대한 연구를 조명해준다. 미국의 생물학자 Carl Woese는 1977년에 일부 미생물들이 원핵생물 (핵이 없는 단세포, 일반 미생물) 이나 진핵생물(핵을 가진 다세포, 동식물)과 구별되는 "시원세균(archées)”이라는 새로운 종에 속함을 입증했고, 이에 따라 분자계통학연구는 새로운 국면을 띠게 되었다.
밝혀진 각종 종 중에서 “호열성” 박테리아와 “과도 호열성 박테리아”는 현재까지 가장 많이 연구된 종이다. 전자는 섭씨60-80도 사이 온도에서 살고, 두번째는 섭씨 80-113도에서 산다.

호열성 박테리아인 Thermus aquaticus는 미국인 미생물학자 Thomas Brock에 의해서 1969년에 발견되었고, 학자는 곧이어 산성 환경에서 섭씨90도까지에서 성장할 수 있는 미생물인 Sulfolobus acidocaldarius를 분리해냈다. 그 이래로 끓는 물에 견디는 많은 생물체가 밝혀졌다. 1982년 독일의 Wolfram Zillig와 Karl Stetter는 110도에서 사는 유기체를 발견하였다. “과도 호열성” 박테리아의 챔피온은 113도를 견디는 Pyrolobus fumarii이다. 가장 신속한 세포 분열을 실현시키기 위한 적정한 온도는 106도이고, 반대로 80도 정도만 되도 더 이상 세포 분열을 일으키지 못한다고 Orsay 대학의 교수이며 유전학 미생물 연구소에서 극지 생물체의 유전자의 분자 생물연구소 책임자인 Patrick Forterre는 설명한다.

“시원세균”인 경우가 많은 호열성 생물체는 지질(脂質)의 특별한 구조로 열 효과에 저항할 수 있고, 그들의 단백질은 아미노산들 사이에서 많은 이온의 상호작용에 의해 안정화되면서 훨씬 견고성을 보인다고 연구원들은 설명한다. 반대로 호냉성 박테리아는 훨씬 부드러운 단백질을 가졌다. 호열성 생물의 DNA는 높은 온도에서 아주 적은 시간에 나뉠 수 있다. 그들 만의 독특한 효소 gyrase inverse를 만들어내서 DNA 분자가 탄탄하게 엮일 수 있는 것으로 추정되고 있다.

가장 특기할 연구의 성과는, Methanococcus jannashii와 Pyrococcus abyssi라는 두개의 “시원세균”의 게놈 배열 연구 시, 분자 차원에서 “시원세균”이 일반 박테리아보다 인간과 훨씬 가깝다는 것이 발견되었다는 사실이다. DNA를 복제하는 단백질이 “시원세균”과 인간에게서 같았다고 Patrick Forterre 박사는 설명했다. 섭씨95-105도의 온도에서 사는 Pyrococcus가 인간과 가장 근접한 생물체일 수 있다는 사실은 흥미롭다. 또 하나 비슷한 점은 호열생물도 아주 독특한 바이러스에 (그중 몇몇은 인간을 공격하는 천연두 바이러스를 닮았다) 공격당하고 있다는 점이다.

이 모든 연구들은 인간의 진화의 단계를 되짚어 보게 만든다. 인간이 “시원세균”과 공통적인 조상을 가졌거나, 일반 박테리아가 너무 많이 진화해서 일련의 조상전래의 특성을 잃었거나, 아니면 진핵세포가 박테리아와 “시원세균” 간의 융합의 결과이거나… 보다 연구해볼 일이다.


출처: Le Monde