국내 연구진, 해양 고세균 감염 바이러스 발견
국내 연구진, 해양 고세균 감염 바이러스 발견
서해 해수서 고세균 감염 바이러스 분리 성공

연구진 “지구 물질순환 및 기후변화 예측에 기여할 것”
  • 박정식 기자
  • 승인 2019.07.16 04:00
  • 댓글 0
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충북대학교 이성근 교수. (사진=과학기술정보통신부)
충북대학교 이성근 교수. (사진=과학기술정보통신부)

[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 국내 연구진이 지구 물질순환 및 기후변화를 예측하는데 기여할 수 있는 해양 고세균 감염 바이러스를 발견했다.

고세균(archaea·고균)이란 세균과 같이 핵이 없는 원핵생물이나, 유전적 측면에서 세균과 상이한 특성을 가지고 있는 생물군을 말한다.

16일 과학기술정보통신부에 따르면 충북대학교 이성근 교수 연구팀이 서해 해수에서 지구생태학적으로 매우 중요한 기능을 하는 고세균을 감염시키는 바이러스 분리에 성공했으며, 해양 고세균과 바이러스의 상호작용을 규명했다.

연구팀은 서해 해수에서 특정 계절에 특이적으로 고세균의 개체수가 증가한 것을 관찰하고, 이를 토대로 이 지역 해수로부터 바이러스를 분리하는 데 성공했다.

연구결과, 해양 고세균이 바이러스에 감염되면 질소의 산화작용이 멈추고, 유기물이나 비타민 B12 등을 방출한다. 특히 숙주세포를 용해시켜 방출되는 다른 바이러스와 달리, 이 바이러스가 증식하면 마치 혹처럼 튀어나와 분리되는 `출아법ʼ으로 방출되는 것도 밝혀졌다.

 

해양 고균을 감염시키는 레몬(방추사)형태의 바이러스를 투과전자현미경을 통해 관찰한 사진(왼쪽). 감염 후 새로 생산된 바이러스가 숙주의 표면에 붙어 있는 것을 관찰할 수 있다(오른쪽). 박테리오파지의 용균성 생활사와는 달리 새로 생산된 바이러스가 숙주에 붙어 있는 현상은 매우 특이한 현상으로 보여진다. (사진=과학기술정보통신부)
해양 고균을 감염시키는 레몬(방추사)형태의 바이러스를 투과전자현미경을 통해 관찰한 사진(왼쪽). 감염 후 새로 생산된 바이러스가 숙주의 표면에 붙어 있는 것을 관찰할 수 있다(오른쪽). 박테리오파지의 용균성 생활사와는 달리 새로 생산된 바이러스가 숙주에 붙어 있는 현상은 매우 특이한 현상으로 보여진다. (사진=과학기술정보통신부)

이성근 교수는 “해양에서 우점하고 있는 고세균을 감염시키는 바이러스의 발견을 통해 지구의 물질 순환을 이해하는 기반을 마련했다”며, “극한 환경에 존재하는 것으로 알려진 방추사(레몬) 형태의 바이러스를 발견함으로써 향후 기후변화 예측에도 선도적으로 기여할 것”라고 전했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐으며, 성과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 7월16일자에 게재됐다.

한편 지구상 가장 많은 3대 미생물 중 하나인 고세균은 열수구, 유황온천 등 극한 환경부터 일반 환경까지 다양한 곳에 서식한다. 특히 해양 생태계 전체 미생물의 약 30%를 차지하고 있으며, 해양에서의 탄소 및 질소 순환에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

최근 학계에서는 해양 환경에서 중요 기능을 하는 미생물을 연구하기 위해 고세균의 군집과 활성을 조절하는 바이러스의 존재에 대해 많은 관심을 가지고 있다. 그러나 해양 고세균의 바이러스로 추정되는 유전자만 보고됐을 뿐, 바이러스의 실체는 아직 밝혀지지 않았다.

 

[아래는 이성근 교수와의 미니 인터뷰]

■ 연구를 시작한 계기나 배경은?

고균이 해양 생태계에 존재하고 있고, 우점하고 있다는 연구결과가 보고된 이후, 약 20년 동안 이 미생물을 감염시키는 바이러스에 대한 존재에 대해 많은 과학자들이 궁금해왔다. 하지만, 숙주인 해양 고균 또한 분리하기 쉽지가 않기 때문에 바이러스 연구에 많은 어려움이 있었다. 2015년에 해양 고균의 순수분리에 성공하고, 지금까지 미스터리로 남아있던 해양 고균을 감염시키는 바이러스 연구를 진행하게 되었다.

■ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

처음 1년 동안 다양한 해수 샘플을 가지고 실험을 진행하였다. 하지만, 고균의 성장을 저해하는 현상이 나타나지 않았으며, 형광 현미경으로 바이러스로 추정되는 작은 입자 또한 발견되지 않았다. 그래서 해양 고균을 감염시키는 바이러스가 존재하지 않는 것인가 하는 의구심이 들었다. 숙주를 분리한 지역의 해수를 사계절 동안 지속적으로 실험한 결과 바이러스를 분리할 수 있게 되었다.

■ 이번 성과, 무엇이 다른가?

현재, 해양 고균을 감염시키는 바이러스 연구 결과는 메타지놈 분석을 통해 얻어진 결과가 전부이다. 즉, 실체가 보고된 사례가 없다. 또한, 메타지놈 분석을 통해 밝혀진 바로는, 박테리오파지와 유사한 바이러스로 추정을 하고 있다. 이번 연구결과는 이제까지 추정해온 바이러스가 아닌 전혀 예상하지 못한, 극한 환경에서 분리된 바이러스와 매우 유사한 모양을 가지고 있다는 것이다. 하지만, 분리된 해양 고균 바이러스 지놈은 기존에 분리된 형태가 유사한 극한 환경에 존재하는 바이러스와 매우 다름을 확인할 수 있었다. 따라서 이번 연구 결과는 중온성 해양 고균과 해당 바이러스의 상호작용을 연구할 수 있는 발판을 마련하였으며, 더 나아가 진화론적으로 연구할 수 있는 좋은 선행 연구가 되었다.

■ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

지구 온실가스(N2O)와 매우 연관성이 높은 해양 고균과 바이러스에 의한 탄소 순환과의 관계는 매우 중요한 글로벌 연구 분야이다. 지구 온실가스를 발생시키는 해양 고균의 개체수 및 분포 조절은 앞으로 지구 온난화 연구에 중요한 지표로 사용될 수 있다. 또한, 최근에 보고된 해양 퇴적층에서 고균 바이러스에 의한 탄소 순환이 매우 중요한 매커니즘이라는 보고가 있었다. 이는 독립영양미생물인 해양 고균과 바이러스와의 상호작용이 생태계의 물질 순환에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 말해 주고 있으며, 이 연구 결과는 앞으로 지구 물질순환 기후변화를 예측하기 위한 중요한 선행 연구라 생각된다.

■ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

현재 분리된 해양 고균 바이러스는 특정 숙주(strain SW)만 감염시킨다. 즉, 아직 밝혀지지 않은 많은 고균 바이러스가 존재한다는 뜻이다. 그렇기 때문에, 다른 해양 고균을 감염시키는, 혹은 현재까지 분리된 해양 고균을 모두 감염시키는 바이러스를 발견해서 추가적인 연구를 진행하고자 한다. 또한, 고균의 면역시스템에 대해서는 아직 뚜렷한 매커니즘이 밝혀지지 않았다. 바이러스 연구를 통해 이를 증명해서 밝혀내고자 한다.

 


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