[오리진] 네안데르탈인 치아에서 되살린 박테리아…천연물도 함께 환생

독일 라이프니츠연구소·막스플랑크연구소 공동 연구진
네안데르탈인 화석에서 유전자 조각 발견
현존하는 친척 박테리아에 유전자 넣어 발현

고대 인류의 치아 화석. 독일 연구진은 치아 화석에서 당시 살았던 박테리아를 발견하고, 만들어내는 물질의 종류를 밝혔다. /Werner Siemens Foundation, Felix Wey

멸종한 인류의 친척인 네안데르탈인의 치아에서 멸종됐던 박테리아가 발견됐다. 화석에서 발견한 유전자를 현재 살고 있는 생물에서 발현하는 기술을 활용해 이 박테리아가 만드는 물질의 재현도 성공했다. 인류 조상의 영양과 건강 상태를 알 수 있는 것은 물론 새로운 천연물을 발굴해 산업·의약계에서 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

독일 라이프니츠 천연물·감염생물학연구소와 막스플랑크 진화인류학연구소 공동 연구진은 5일 국제 학술지 ‘사이언스’에 현생 인류 사촌인 네안데르탈인 화석에 남아 있는 박테리아의 유전체를 재구성해 당시 박테리아가 만들던 물질을 재현하는 데 성공했다고 밝혔다.

과학자들은 현재 지구에 살고 있는 박테리아가 최대 10억종에 달할 것으로 보고 있다. 동물이 약 125만종, 식물이 30만종 발견된 것과 비교하면 박테리아는 지구의 생명체 중 가장 큰 다양성을 갖고 있다.

박테리아는 많은 종 수 만큼이나 개성도 다양하다. 특히 박테리아는 저마다 특이한 방법으로 물질을 분해하거나 만들어내는 데, 박테리아가 만드는 알코올, 항생제 같은 천연물은 산업·의료계에서 활용 가치가 크다. 최근에는 박테리아의 물질 대사 경로를 인위적으로 바꾸거나 기능을 강화하는 합성생물학과 이종 유전자 발현 기술을 이용해 필요한 물질을 만들어내는 박테리아 공장을 만드는 데 활용하기도 한다.

연구진은 고대 박테리아가 만드는 천연 물질을 찾기 위해 10만년 전에서 4만년 전까지 살았던 것으로 추정되는 네안데르탈인 12명의 치아 화석에서 추출한 유전체 데이터를 분석해 459개의 박테리아 유전자를 발견했다. 이 가운데 7명의 치아에서는 새로운 클로로비움(Chlorobium)속 박테리아가 발견됐다. 클로로비움은 엽록소를 가진 박테리아로 식물과 마찬가지로 광합성을 할 수 있다는 특징이 있다.

연구진은 새롭게 발견한 박테리아가 만드는 물질을 찾아내기 위한 연구를 진행했다. 박테리아의 물질 대사 경로를 알기 위해서는 전체 유전자를 모두 알아야 했으나, 실험에서 찾은 박테리아의 유전체는 이미 조각나 일부만 찾은 상태였다.

이런 문제는 ‘이종 유전자 발현’ 기술을 이용해 해결했다. 한 생명체의 유전자를 다른 종에 넣어 발현하는 방식으로, 미생물의 대사 경로를 바꿔 유용한 물질을 만드는 합성생물학 분야에서 주로 사용되는 기술이다.

연구진은 이런 문제를 해결하기 위해 현존하는 클로로비움 속 박테리아와 비교해 비슷한 기능을 하는 유전자를 찾아 비교했다. 그리고 비슷한 유전자를 갖고 있는 클로로디움 박테리아를 찾아 유전자를 끼워 넣어 이전에는 만들지 못하던 ‘5-알킬퓨란-3-카르보실산’을 만들어내는 것을 확인했다. 이 물질에는 고대 박테리아가 만들었다는 의미에서 ‘고대 퓨란(paleofuran)’이라고 이름 붙였다.

연구진은 고대 퓨란이 당시 인류의 영양 활동에 미친 영향과 산업·의료 분야에서 활용할 방안을 추가로 연구할 예정이다.

마틴 클래퍼 독일 라이프니츠 천연물·감염생물학연구소 박사 후 연구원은 “고유전체에서 만들어지는 천연물 연구에 활용할 수 있는 새로운 접근법을 찾았다”며 “고대 인류의 영양과 건강에 대한 연구에 활용하는 것은 물론 새로운 기능의 천연물을 찾는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

참고자료

Science, DOI: https://doi.org/10.1126/science.adf5300

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