동료 위한 고귀한 희생…동료 지키기 위해 자폭하는 박테리아 [와우! 과학]

강한 자만 살아남는 약육강식의 법칙이 지배하는 자연에도 자기희생은 존재한다. 사회적 곤충인 개미나 꿀벌이 대표적이다. 이들은 군집을 위해 자신의 목숨을 기꺼이 바친다. 이런 행동은 다른 생물에서도 종종 발견된다. 심지어 가장 단순한 형태의 생명체인 박테리아도 동료를 위해 자신을 희생한다.

수크릿 실라스 박사가 이끄는 글래드스톤 연구소(Gladstone Institutes) 및 UC 샌프란시스코(UCSF) 과학자팀은 흔한 세균 중 하나인 대장균이 동료를 지키기 위해 자폭하는 방식을 연구했다. 세균 역시 인간처럼 바이러스 감염에 시달리는데, 특히 세균을 숙주로 삼는 바이러스를 박테리오파지라고 한다. 박테리오파지는 세균 몸속에 들어와 세균의 자원을 가로채 증식한 후 세균을 파괴하고 나와 새로운 숙주를 찾는다. 수천 배로 증식한 바이러스는 순식간에 세균 사이로 퍼져 나간다.

하지만 세균도 앉아서 속수무책으로 당하기만 하는 것은 아니다. 세균 역시 자체 면역 시스템을 갖고 있다. 세균의 면역 시스템이 바이러스의 유전자를 감지하면 유전자 가위 효소를 이용해 바이러스 유전자를 마구 잘라내 더 이상 증식을 막고 스스로는 지키는 방식이다. 그런데 바이러스도 여기에 맞춰 대응책을 마련해 놓은 상태다. 세균의 면역 시스템을 작동하지 못하게 만드는 유전자가 그것이다. 세균과 바이러스의 치열한 싸움은 결국 바이러스가 승리해 세균 속에서 증식에 성공하거나 세균이 자폭 스위치를 눌러 모두 죽는 것으로 마무리된다.

세균이 자살한다고 하면 이상하게 들릴 수 있지만, 사실 같은 유전자를 지닌 개체들이 모여 있다는 점을 생각하면 꼭 필요한 기능이다. 이분법으로 증식하는 세균은 옆에 있는 동료가 유전적으로 같은 쌍둥이인 경우가 대부분이다. 따라서 내 희생으로 다른 형제를 구하는 것은 내 유전자를 안전하게 지킬 수 있는 최후 방편인 셈이다. 물론 자폭은 최후의 수단이어야 한다. 연구팀은 작은 세균이 어떻게 이를 판단하고 조절하는지 알기 위해 흔한 장내 세균인 대장균을 포함한 장내세균과(Enterobacteria)의 세균 유전자 1만 개를 분석해 이 가운데 세포 자폭과 관련된 200개의 유전자를 찾아냈다.

연구팀은 이를 바탕으로 항생제 내성균처럼 치료가 곤란한 세균을 통제할 수 있는 방법을 알아낼 수 있을 것으로 기대한다. 기본적으로 자기 유전자와 종족을 지키기 위한 기능이지만 이를 역이용하면 오히려 병원균을 자폭시키는 새로운 수단이 될 수 있다. 인류를 위협하는 항생제 내성균에 대한 해결책이 의외의 장소에서 등장할지 주목된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com