[news] 극한의 조건에서 사는 생물들

가장 뜻밖의 장소에서 발견되는 소형의 자연 생성물 도서관이 있다. 뉴질랜드의 오크랜드대학(University of Auckland)의 Zoe Wilson 과 Margaret Brimble 이 더 깊이 탐구한다.

극한의 환경에서 살아남는 미생물은 그것이 보다 온건한 조건에서 최적으로 자란다면 극한에 대해 내성이 있는 것(extreme-tolerant)으로, 이러한 특이한 조건에서 최적으로 자란다면 극한미생물(extremophilic)로 분류할 수 있다. 그러한 조건에서 살아남기 위해서, 미생물들은 독특한 방어기작을 개발하여, 이것이 종종 그들이 새로운 분자를 생산하도록 한다. 그리하여 그러한 미생물들은 천연화합물 화학자들을 위한 광산이 될 수 있다. 그러나 최초의 극한 미생물은 1860년에 분리된 반면, 과학자들이 많은 수의 이러한 유기체들이 중요하다는 것을 깨달아서 이 영역에서의 연구가 빠르게 성장할 수 있게 되기까지 1세기가 넘게 걸렸다.

전통적으로 생명의 극한성은 고온과 저온(차례대로 호열균 (thermophiles)과 호냉균 (psychrophiles)), 고압(호압균(piezophiles/barophiles)), 고 pH와 저pH(호염기균(alkaliphiles)과 호산균( acidophiles)), 그리고 고염(호염균(halophiles)) 등이 고려된다. 많은 극한 미생물들이 실제로 둘이나 그 이상의 측면에서 극한 환경에서 번성한다. 예를 들어 독특한 청자색 색소를 생산하는 Shewanella violacea strain DSS12는 5110m 깊이의 필리핀 바다의 류큐(Ryukyu) 협곡에서 분리되었다. 이 세균은 30MPa, 8°C, 그리고 3%의 염화나트륨의 존재하에서 최적으로 자라는 호압호염호냉균(barohalopsychrophile)이다.

지금까지 극한에 사는 미생물로부터 얻는 새로운 분자들 중 많은 수가 호열균으로부터 분리 되었다. 유연성을 감소시켜 고온에서 DNA를 안정화시키는 것으로 여겨지는 연결된 지질이나 변형된 뉴클레오시드(nucleoside), 다양한 폴리아민(polyamine) 등과 같이 이들 분자들 중 일부는 극한 온도에서 생존하는데 역할을 하는 것으로 생각된다.

호냉균이라는 용어는 1902년에 처음으로 사용되었다. 모든 주요 분류군들의 표본들이0°C이하의 온도에서 서식하는 것이 발견되어, 이것을 극한 미생물의 더 다양한 분류들 중의 하나가 되었다. 그러나 오늘날까지 호냉성이나 내냉성(psychrotolerant) 미생물들에서 처음으로 분리된 유일한 새로운 분자는 주로 변형된 펩티드들을 바탕으로 하는 2차 대사물들이다. 이것은 내냉성균인 Bacillus sp. strain MIX-62에서 분리된 세 가지 고리형 펩티드들인 mixirins A-C을 포함하는데, 이들은 인간의 대장암 세포 성장을 저해하는 것이 밝혀진 바 있다.

호압균(Piezophiles, barophiles)은 전형적으로 바다의 바닥에서 분리되며, 이들 극한 미생물에서 분리된 대부분의 2차 대사물들은 고리형이다. 악명높게도 실험쥐의tsFT210 세포에서 세포 복제를 중지시킨 일련의 고리형 2차 대사물들은 일본의 시주오카(Sizuoka )현 오이(Oi)강의 바다 바닥으로 부터 분리된 진균류인 Aspergillus fumigatus strain BM939으로 부터 분리되었다.

호염균들은 삼투압 스트레스로부터 살아남아야 한다. 그들이 사용하는 하나의 생존 기작은 삼투질(osmolyte)이라고 알려진 작은 분자들을 축적하는 것인데, 호염성이나 내염성 미생물들로부터 처음으로 분리된 8가지 새로운 삼투질들이 있다.

호염기성이나 내염기성 미생물들로부터 얻은 효소들은 생물학적 세제에서의 그들의 산업적 응용 덕분에 큰 영향을 가져왔다. 그러나 지금까지 비교적 적은 수의 새로운 분자들이 이들 미생물로부터 분리되었다. 그들 중에는 Halomonas종들의 세균으로 부터 분리된 새로운 탄수화물이나 독특한 지질이 있다.

낮은 pH에서 생존할 수 있는 미생물들은 전세계에 걸쳐 산성 온천과 같이 자연적이거나 버클리 광산 호수(Berkeley Pit Lake, 산성의 물로 채워진 버려진 구리 광산)와 같이 인공적인 다양한 출처로부터 분리되어 왔다. 이들 미생물들은 광범위한 생물학적 활성을 가진 다양한 2차 대사물들을 생산한다. 예를 들어, 버클리 광산 호수의 미생물로부터 분리된 13개의 분자들은단백질 절단 효소(protein-cleaving enzyme)인 caspase-1 과 matrix metalloproteinase-3을 저해한다.

많은 수의 극한 미생물들을 고려할 때, 매우 적은 수만 새로운 2차 대사물 생성에 대해 스크린되었다. 널리 알려진지 거의 150년이 지났음에도 불구하고, 이 새로운 분자들의 풍부한 원천은 대부분 미개발상태로 남아있다.

[그림] 간헐천(geyser)과 지열 지역(geothermal sites)은 미생물이 발견되는 많은 믿기 어려운 환경들 중 단지 두 예이다.


KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-11-12