[사이테크+] 진화의 최소 단위는…"유전자 493개 합성박테리아 진화 확인"

美 연구팀 "합성박테리아 300일 배양…유전자 변이·환경 적응력 향상"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = "진화의 역사가 가르쳐준 게 있다면 그것은 생명은 절대 갇히지 않는다는 것이다. 생명은 자유를 찾고 새 영역으로 확장하고, 고통스럽고 위험한 장벽에 부딪히기도 하지만 결국은 길을 찾는다."

1993년 영화 쥬라기공원에서 카오스이론을 신봉하는 수학자 이안 맬컴(배우 제프 골드블럼)이 유전자 조작을 통해 공룡의 번식을 막는 것은 불가능할 것이라며 한 말이다.

실제로 세포 분열 등 생명 유지에 필수적인 유전자 500개 미만만 가진 인공 박테리아도 환경에 적응해 진화한다는 사실이 확인됐다.

유전자 493개인 합성 박테리아 유전자 수가 493개인 합성 박테리아 마이코플라스마 마이코이데스 최소 세포 클러스터를 1만5천배 확대한 전자현미경 사진. [Tom Deerinck and Mark Ellisman of the National Center for Imaging and Microscopy Research at the University of California at San Diego 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 인디애나대 제이 T. 레넌 교수팀은 6일 과학저널 '네이처'(Nature)에서 합성 박테리아 '마이코플라스마 마이코이데스 JCVI-syn3B'를 300일간 자유롭게 진화할 수 있는 환경에서 배양하는 실험에서 이들이 돌연변이를 통해 환경에 적응하는 것을 확인했다고 밝혔다.

마이코플라스마 마이코이데스 JCVI-syn3B는 미국 J.크레이그 벤터 연구소가 2016년 염소 같은 동물의 내장에서 발견되는 '마이코플라스마 마이코이데스'(M.마이코이데스)의 게놈에서 유전자 901개 중 자율적 생명 유지에 필요한 유전자 493개만 남긴 합성 박테리아다.

필수 유전자를 제외한 유전자를 제거하는 합성 기법으로 만든 최소 세포에 대해 연구해온 레넌 교수팀은 이 연구에서 유전자가 최소화된 세포도 진화할 수 있는지 알아보기 위해 실험을 계획했다.

레넌 교수는 M.마이코이데스 자체도 수천년간 숙주에게 영양을 의존하도록 진화하면서 자연적으로 많은 유전자를 잃었고, 여기에서 더 많은 유전자를 제거한 M.마이코이데스 JCVI-syn3B는 자율 생존이 가능한 최소 생명체라고 말했다.

이어 가장 단순한 이 합성 박테리아는 기능적 중복이 없고 생명에 필수적인 최소 유전자만 가지고 있어 돌연변이가 발생하면 하나 이상의 세포 기능에 치명적인 문제가 발생할 수 있기 때문에 진화에 제약을 받을 수 있다고 설명했다.

연구팀은 먼저 M. 마이코이데스 JCVI-syn3B를 자유롭게 진화할 수 있는 실험실 환경에서 300일간 배양했다. 300일은 박테리아가 2천세대를 번식할 수 있는 기간으로 인간 진화로 보면 약 4만년에 해당한다.

다음 단계로 300일간 진화를 거친 M. 마이코이데스 JCVI-syn3B와 원래 버전 박테리아의 환경 적응 능력 비교를 위해 두 균주를 같은 시험관에 넣어 배양하면서 어떤 박테리아가 환경에 더 잘 적응해 살아남는지 관찰했다.

300일 진화한 합성 박테리아(b)와 원래 버전(c) 세포 비교 [Nature 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]

그 결과 300일간 진화한 박테리아가 원래 버전 박테리아보다 환경에 더 잘 적응해 이른 시간 안에 우점종이 되는 것으로 나타났다.

300일간 진화한 박테리아는 상대적 적합성으로 평가했을 때 원래 버전 박테리아보다 진화 속도가 39% 빠른 것으로 나타났으며, 세포의 크기도 같은 기간 동일하게 유지된 원래 버전보다 80%가 커졌다.

연구팀은 진화 과정에서 세포 표면 구성에 관여하는 유전자 등 많은 유전자에 변이가 일어난 것으로 확인됐다며 M. 마이코이데스 JCVI-syn3B는 300일간 진화하면서 잃었던 많은 능력을 회복했다고 설명했다.

레넌 교수는 "가장 단순한 생명체의 적응력을 확인한 이 실험은 자연선택 힘과 생명은 길을 찾는다는 사실을 보여준다"며 "생명체를 꼭 필요한 것들로만 단순화할 수는 있지만 그렇다고 진화가 멈추지는 않는다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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