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미생물이야기 미생물이 다른 동물로부터 발산되고 있는 냄새를 맡고 있다는 연구결과
2013-08-16 13:03:05
이엠생명과학연구원

현미경으로만 볼 수 있는 작은 세균, 박테리아는 코가 없다. 그럼에도 불구하고 다른 동물로부터 발산되고 있는 냄새를 맡고 있다는 연구결과가 나와 큰 주목을 받고 있다.

네이쳐지의 최근 보도에 따르면 네덜란드 유트레히트대 메디컬센터의 라인더트 니즐란트(Reindert Nijtand) 박사 연구팀은 박테리아와 관련, 하나의 세포로 된 이 작은 생물이 코를 갖고 있지는 않지만 냄새를 맡는 것처럼 공기 중의 암모니아를 탐지하고 있다는 사실을 알아냈다.

암모니아는 질소와 수소로 이뤄져 있는데, 이 중 질소는 세포 내에서 단백질과 핵산을 만드는 매우 중요한 영양소다. 때문에 세균들은 보다 더 많은 양의 암모니아를 차지하기 위해 동물들과 유사한 방식으로 공기 중에 떠다니는 암모니아 냄새를 맡고 있다는 것.


암모니아 냄새에 민감하게 반응하는 박테리아

미생물을 연구하고 있는 라인더트 니즐란트 박사 연구팀은 8월 중순 바이오테크놀로지 리뷰 지에 기고한 논문을 통해 강렬한 냄새를 가진 암모니아 가스가 박테리아로 하여금 먹이가 있는 쪽으로 이동해 끈적거리는 군락(biofilm)을 형성한다고 말했다.

이는 자신들의 먹이를 선점하기 위한 움직임인데, 연구팀은 이 때 박테리아가 다른 동물들과 마찬가지로 휘발성 화학물질이 발산하는 냄새에 반응하고 있다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 이번 연구결과가 후각기관이 매우 원시적인 세균이 진화하고 있음을 보여주는 첫 번째 사례인 것 같다고 설명했다.

당초 연구팀은 세균이 공기 중에 떠다니는 화합물에 대해 어떤 반응을 보이는지에 대해 관심이 없었다. 관심을 두고 있던 것은 토양에 서식하는 박테리아, Bacillus licheniformis가 바이오필름을 형성하는 과정이었다.

연구팀은 이를 위해 96개의 웰(well)로 구성된 세균배양판(array)을 절반으로 나눠 오른쪽에는 바이오필름의 형성을 촉진하는 배지(growth medium)를, 왼쪽에는 일반적인 영양소가 들어있는 배지를 채워 넣었다.

얼마 후 오른쪽 웰의 투입된 박테리아는 갈색의 바이오필름을 형성했는데, 그 중앙 부분에 가장 많은 세균이 증식한 것으로 나타났다. 이는 왼쪽 웰의 영양소가 오른쪽 웰의 세균이 증식하는 것을 도와줬다는 것을 의미했다.

연구진이 왼쪽 웰에 들어있는 영양소를 확인한 결과 황산암모니아를 포함하고 있는 배지가 인근 웰의 세균들로 하여금 바이오필름을 형성케 했다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 이 사실을 재확인하는 작업으로 한 컬럼에 암모니아를, 한 컬럼에 박테리아를 채워 넣는 실험을 실시했다.

그 결과 동일한 현상이 나타났으며, 이는 박테리아가 바이오필름을 형성하게 하는 핵심 신호가 암모니아 임을 밝혀냈다. 또한 이 사실은 박테리아가 공기 중의 휘발성 화학물질에 대해서도 반응한다는 사실을 말해주는 것이다.

‘후각’이란 용어 사용에 논란 이어질 듯

그러나 이 연구결과를 놓고 논란이 없진 않다. 캐나다 몬트리올대의 미생물학자인 패트릭 헬렌벡 교수는 “박테리아가 일산화탄소, 산소 등과 같은 가스에 반응한다는 사실은 이미 널리 알려진 사실”이라고 말했다. 특히 세균은 성장을 위해 산소가 많은 곳을 향해 군집한다는 것.

▲ 니즐란트 박사 연구팀이 제시한 박테리아 실험 튜브. 왼쪽에 있는 암모니아의 영향을 받아 오른쪽 튜브에 있는 박테리아들이 바이오필름(붉은색 부분)을 형성했다.  워싱턴대의 피터 그린버그 교수는 “니즐란트 박사가 암모니아의 후각적인 효과보다는 산성도 효과를 연구한 것 같다”고 말했다. 공기 중에 떠돌아다니는 화합물(가스)이 세균에게 이식되려면 먼저 세균 주변 액체에 용해돼야 한다. 그런데 액체에 용해된 암모니아는 산성도가 낮아 배지의 pH를 변화시키고, 이는 박테리아의 스트레스 요인으로 남아 바이오필름을 만드는 원인이 된다는 것.

니즐란트 박사도 그린버그 박사의 주장에 동의했다. 그러나 자신들은 pH를 크게 변화시키지 않을 정도의 매우 적은 농도의 암모니아을 통해 실험을 수행했다며, 그처럼 적은 양의 암모니아가 실험에 영향을 미쳤을 가능성은 매우 적다고 말했다.

일부 과학자들은 니즐란트 박사가 ‘후각’이란 용어를 사용하고 있는데 대해 불만을 표명하고 있다. 니즐란트 박사는 이에 대해 “다른 과학자들이 후각이란 용어를 ‘휘발성 분자를 감지하는 과정(sensing a volatile molecule)’이라고 정의하자고 하지만, 이번 연구결과는 세균의 후각기능이 분명하다”고 말했다.

그는 “세균이 후각기능을 갖고 있다는 사실을 발견한 것은 이번이 처음 있는 일”이라며, “이번 연구를 통해 세균이 만든 바이오필름을 제거하는 전략을 개발하는데 도움이 되기를 바란다”고 말했다. 바이오필름은 세균이 항생제 내성을 강화하고, 독성을 강화하는 핵심 요인이다.




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