박테리아 // 과학

면역글로불린A(IgA)의 간 이동으로 인한 염증 유도 기전이 규명됐다 ². 장에서 세균과 바이러스를 막는 항체인 면역글로불린A가 과도한 음주를 계기로 간으로 이동하면 염증반응과 간세포 손상을 유도할 수 있다 ². 인체에는 약 38조 개의 박테리아가 살고 있으며, 이 중 적은 일부만이 건강에 해롭다 ¹. 해로운 박테리아는 특히 내성을 가질 때 심각한 질병을 일으킬 수 있다 ¹. 한편 산호초 물고기의 아가미에 서식하는 박테리아에서 화학합성 유전자가 발견됐다 ⁴. 화학합성 박테리아는 무척추동물 숙주인 연체동물이나 환형동물 및 다양한 해양 환경에서 기록되었으나, 물고기에서의 존재는 새롭다 ⁴. 김치 발효 시에는 주로 유산균이 활동하며, 발효 후 시간이 지나 산소와 접촉하는 표면에서 효모가 자라 골마지가 생긴다 ³.

자석 생성 박테리아의 C. elegans 수명 연장 효과가 확인되었다 ⁴. 해당 박테리아는 C. elegans의 평균 수명을 43% 이상 늘렸으며, 신경 및 장 건강 보호를 도왔다 ⁴. 장내 미생물 유래 대사물질이 초파리의 수명을 연장한다는 결과가 나왔다 ⁵. 개구리 피부에 서식하는 박테리아가 치명적인 곰팡이 질환으로부터 개구리를 보호하는 역할을 한다 ⁶. Pandorachelins라는 새로운 분자가 박테리아에 의해 리모델링되어 새로운 역할을 수행한다는 사실이 발견되었다 ². 3D 이미지를 통해 박테리아 세포가 막 전반의 단백질 생산과 수송을 조정하는 방식이 드러났다 ³.

토양 박테리아 유래 천연 화합물의 결핵 치료 접근법 제시¹. 세계보건기구(WHO)에 따르면 매년 1,000만 명 이상이 결핵에 걸리며 이는 세계에서 가장 치명적인 감염병 중 하나이다¹. 결핵은 주로 폐에 영향을 주는 전염성 박테리아 감염이며, 사례의 80% 이상이 약제 내성 문제가 있는 저소득 및 중소득 국가에서 발생한다². 토양의 불균질성은 박테리아가 영양분을 찾는 데 도움을 준다³. 박테리아 중 다수는 화학성 유도성을 통해 영양분을 감지하고 그 방향으로 헤엄친다³. 벤구리온 대학교(BGU) 연구진은 세포 흐름이 형성되고 붕괴될 때 생명체가 기존에 알려진 대칭의 물리적 원리를 위반한다는 점을 밝혔다⁴. 인간 장내 마이크로바이옴의 주요 구성원인 Methanobrevibacter smithii의 ArmA가 확인 및 특성화되었다⁵.

피츠버그 구 철강 부지에서 박테리아가 산업 오염물질을 섭취하며 생존하도록 진화했다 ². 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소(ORNL) 과학자들은 내구성이 있고 맞춤 설정이 가능한 박테리아 포자가 산성 광산 배수에서 희토류를 포집하는 방법을 탐구하고 있다 ³. 심해 미생물은 대부분의 단백질을 파괴하는 온도에서 대기 중 질소를 암모니아로 바꾸는 열 저항성 효소를 사용한다 ⁴. 단세포 생물은 칼슘 기반의 단백질 구조를 이용해 밀리초 단위로 길이를 4분의 1까지 줄일 수 있다 ⁵. 플로리다 국제대학교(FIU)의 펜페이 렝 교수와 연구진은 새로운 항생제 탐색을 위한 빠른 방법을 개발하던 중 희귀한 DNA 자이레이스 독소를 발견했다 ¹.

Asgards 미생물의 복잡한 생명 기원 연구가 진행 중이다 ¹³. 연구자들은 이 희귀 생물들을 배양하며 여러 발견을 하고 있다 ³. 김치 유래 박테리아는 장내 환경 조건에서 나노플라스틱과 결합하며, 쥐 실험 결과 분변에서 검출된 나노플라스틱 양을 두 배 이상 증가시켰다 ². 석류, 호두, 베리류 등의 식품을 소화한 후 장내 세균이 생성하는 천연 화합물이 장벽의 보호와 회복을 돕는다는 사실이 밝혀졌다 ⁵. 국내에서는 항생제 사용이 다시 증가세를 보이며, 카바페넴 내성균 등 슈퍼박테리아 감염 환자가 7년 사이 5배 증가했다 ⁴. 요양병원의 관련 신고 건수는 23배 폭증했다 ⁴.

펜실베이니아 주립대학교 연구진이 작물의 살아있는 박테리아 병원균 검출을 개선할 수 있는 침투 단백질 관련 연구를 수행했다 ¹. 라이프치히 대학교와 프라하 찰스 대학교 물리학자들은 인공 마이크로스위머의 유영 방식을 박테리아 또는 조류와 유사한 형태로 실시간 변경하는 방법을 개발했다 ². 식물과 토양의 탄소 저장소인 리그닌은 곰팡이나 박테리아를 통해 부패할 뿐만 아니라 반응성 산소종과 결합한 철에 의해 화학적으로 공격받을 수 있다 ⁵. 해양 박테리아들은 단일 개체가 소화하기에 화학적으로 너무 복잡한 조류의 황산화 다당류인 푸코이단을 분해하기 위해 협력한다 ⁶.

헬리코박터 파이로리 박테리아는 전 세계 인구의 약 절반을 감염시키며 위궤양과 위암의 주요 원인이 된다 ¹. 도쿄도립대학교 연구진은 시가 독소 생성 대장균 (STEC) 중 사슬 모양 부착 패턴 (CLAP) 변종의 확산 메커니즘과 새로운 유전자 가족을 확인했다 ⁴. 박테리아가 생성하는 특정 단백질은 식물의 꽃 발달 제어 메커니즘을 방해하여 생식 기관을 잎과 유사한 구조로 변화시킨다 ⁵. 고대 DNA 분석 결과, 흑사병 이전인 5,500년 전 시베리아 수렵 채집인들 사이에서 페스트가 발생했다 ⁶. 심해 미생물에서 발견된 열 안정성 효소는 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정을 수행한다 ⁷. 심해의 갈조류와 규조류는 보호 외층 형성을 돕는 복잡한 탄수화물 분자인 후코이단을 생성하며, 이는 미생물이 분해하기 매우 어렵다 ².

1928년 알렉산더 플레밍은 곰팡이가 황색포도상구균(S. aureus) 군집을 제거한 것을 발견하며 항생제 시대의 시작을 도왔다 ¹. 황색포도상구균은 인체가 필수 영양소를 차단해 감염과 싸울 때 섭취 영양소를 변경하여 생존한다 ⁴. 한편, 지구 심층 생물권의 미생물은 수억 년에 걸친 산맥 형성 및 침식 과정 속에서도 지속적으로 번성했다 ⁶. 킬 대학교 등이 참여한 연구팀은 재구성된 고대 단백질을 통해 박테리아 효소가 어떻게 서로 다른 기능을 발전시켰는지 조사했다 ⁵. 일상에서는 입을 댄 페트병의 입구, 뚜껑, 내부 표면에 미생물이 남는다 ³. 식당 테이블과 그 위에 깐 휴지 중 어느 쪽이 더 깨끗한지에 대해서는 과학적으로 간단한 답을 내리기 어렵다 ². 또한 분젠 버너가 작업대에서 박테리아를 멀리 밀어내지 않는다는 새로운 연구가 발표되었다 ⁷.

연구진이 퇴비에서 발견한 미생물을 유전적으로 수정하여 신발 폼을 분해하는 새로운 효소 기반을 개발했다 ¹. 트리니티 칼리지 더블린의 연구에 따르면 농업용 살균제는 토양 미생물의 다제내성 진화를 빠르게 유도할 수 있다 ². 본머스 대학교 연구에서는 개와 고양이가 사람에게서도 발견되며 감염을 일으킬 수 있는 박테리아인 클레브시엘라 뉴모니에(Klebsiella pneumoniae) 균주를 보유할 수 있음이 나타났다 ³. 웨이크 포레스트 대학교의 레베카 알렉산더 교수는 인간 세포 내부로 침투해 서식하는 특이한 박테리아인 마이코플라스마 페네트란스(Mycoplasma penetrans)를 연구하며 새로운 약물 표적 가능성을 살피고 있다 ⁴. 싱가포르-MIT 얼라이언스(SMART) 연구진 등은 박테리아의 단백질 생산에 영향을 주는 최초의 PLP 의존성 효소를 발견했다 ⁵. 종양에 치료제를 전달하는 미생물은 화학요법, 방사선요법, 면역요법을 더 안전하고 효과적으로 만들 수 있다 ⁶. 미국청소협회는 집 안에 변기만큼 혹은 그보다 더 많은 미생물이 존재할 수 있는 생활용품들이 있다고 밝혔다 ⁷. 호주 플린더스대 연구진이 기존 연구들을 분석한 결과, 변기 물을 내릴 때 뚜껑을 닫지 않으면 변기 속 입자가 성인의 호흡기 높이까지 도달해 침투할 수 있다 ⁹. MIT 연구진은 세균 무리가 화학물질을 주고받는 방식으로 두 입력값을 더하는 생물학적 회로를 개발했다 ⁸. 일부 장내 박테리아 집단은 사람 사이와 대륙 간에 빠르게 퍼질 수 있다는 증거가 발견되었다 ¹⁰.

MIT 연구진은 계산을 수행하고 화학 신호를 지시할 수 있는 생체 회로로 연결 가능한 박테리아 트랜지스터를 제작했다 ¹. 성균관대학교 SAINT 임용태 교수팀은 암 재발 방지를 돕기 위해 비장 면역 세포를 재프로그래밍하는 t-SMC라는 엔지니어링 나노플랫폼을 개발했다 ². Desulfobacterota 문에 속하는 황 환원 박테리아는 전 지구적 생지화학적 황 순환에서 중요한 역할을 하며, Geobacter sulfurreducens 같은 종은 원소 황을 최종 전자 수용체로 사용한다 ³. 박테리아 프로모터는 주로 -10과 -35라는 두 요소로 RNA 중합효소를 모집해 전사를 시작한다 ⁴. 중국의 고대 화석은 5억 5천만 년 전으로 거슬러 올라가는 동물과 미생물의 파트너십을 보여준다 ⁵. 잠실야구장에서 호빵맨과 세균맨 캐릭터가 참여하는 팝업스토어가 운영되며, 5일 홈경기에서는 세균맨이 시타자로 나선다 ⁶. 하인리히 하이네 대학교 듀셀도르프 등이 이끄는 국제 연구팀은 고대 박테리아가 오늘날의 인간처럼 세포 간 통신 구조를 가졌음을 발견했다 ⁷. 스코틀랜드에서는 외부 세포막이 터지기 전 내부에서 자손 세포를 성장시키는 미생물이 확인됐다 ⁸. 스트로마톨라이트 공동체 내부에서 발견된 미생물은 복잡한 생명체가 어떻게 처음 등장했는지 보여줄 수 있다 ⁹. 유익한 박테리아는 토마토의 성장을 돕고 Clavibacter michiganensis 같은 병원균에 의한 질병을 억제한다 ¹⁰. 해양 스펀지의 공생 암모니아 산화 고균은 암모니아뿐 아니라 아미노산도 섭취하는 특성을 보인다 ¹¹. 분젠 버너가 작업대에서 박테리아를 멀리 보낸다는 가정과 달리, 실제로는 그렇지 않다는 연구 결과가 발표됐다 ¹².

감염자로부터 공기 중으로 배출된 결핵균은 건조 과정에서 변이하며 감염성 입자를 형성한다 ¹. 이 입자의 전염성은 홍역 다음으로 높다 ¹. 한편, 사후 부패에 관여하는 박테리아와 균류의 계승 및 발달을 추적하는 법의학 도구인 미생물 시계가 다양한 기후에서 사망 시간을 정확하게 추정한다 ².

남극의 얼음 시트 주변 토양에는 극한 환경에서 생존하는 미생물 군집이 존재하며, 이들은 생존을 위해 '생명 유지' 유전자를 공유한다 ¹. 한편, 박테리아인 아시네토박터 바우마니(Acinetobacter baumannii)는 상처나 의료 표면에 바이오필름을 쉽게 형성하여 지속적인 감염과 치료 지연을 일으키며 의료 현장에서 상당한 위협이 된다 ².