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장내 미생물은 왜 우리와 공생할까

  • AD 최고관리자
  • 조회 2278
  • 2013.11.21 09:25
장내에 사는 다양한 미생물들. 출처 microbeworld.org

[사이언스 온] >>> 테마산책

사람은 혼자서 살 수 없다. 설령 사회에서 완전히 동떨어져 자급자족하며 사는 사람이 있다손 치더라도 생명의 관점에서 그는 여전히 혼자가 아니다. 그의 장 속에는 자신의 체세포 수보다 10배 많은 미생물이 살고 있다. 수의 관점에서만 보자면 우리 몸에는 내 것 아닌 남의 세포가 훨씬 많은 셈이다. ‘나’를 수적으로 압도하는 ‘그들’은 단순히 내 몸속에서 밥만 얻어먹는 손님이거나 지나쳐 가는 방랑객이 아니다. 오히려 때로는 우리 몸에 필요한 물질을 분비하며 때로는 우리 몸이 할 수 없는 일을 대신해주며, 하나의 신체기관처럼 작동함으로써 ‘우리’가 된다.
그런데 왜 미생물은 숙주와 공생하고 있는 것일까? 이는 단지 미생물의 유용성을 넘어서는 흥미로운 생물학적 물음이다.
여러 가설이 있겠지만 먼저 단순하게 설명하면, 숙주가 제공하는 안전한 거주지와 풍부한 영양분 때문이라고 말할 수 있다. 하지만 숙주와 미생물의 관계가 물질적 자원만을 주고받는 데 그치는 단순한 공존일까?
이와 관련해, 이스라엘 텔아비브대학의 로젠버그 교수가 공생의 신비를 설명하고자 제시한 ‘진화의 전(全)유전체 이론’이라는 대담한 가설이 관심을 끈다. 전유전체란 숙주의 유전 정보와 공생 미생물의 유전 정보를 통틀어 일컫는 말이다. 로젠버그는 진화에서 개별 개체만 들여다볼 게 아니라 숙주와 연합을 이루는 미생물을 모두 합친 ‘전생물체’에 초점을 맞춰 바라봐야 한다고 주장한다.
모든 동식물은 미생물과 협력 관계를 구축할 수 있는데, 어떤 미생물과 관계를 맺느냐는 숙주 종마다, 개체마다 다르다. 또한 어떤 환경의 압력이 가해질 때, 미생물의 유전 정보는 단순함을 무기로 숙주의 유전 정보보다 훨씬 더 빠르고 다양하게 변화할 수 있다. 그래서 전유전체는 환경에 대처하는 능력이 숙주 혼자만의 유전체보다 훨씬 뛰어나다는 것이다. 그러니 숙주 몸에 사는 미생물이 숙주 자손에게도 안정적으로 전달된다면, 유용한 유전 정보를 유산으로 물려주는 셈이 된다. 그런 점에서 “개체가 아니라 전생물체 또는 전유전체를 자연선택의 단위로 봐야 한다”는 것이 이 가설의 핵심이다.
새로운 가설을 좀더 들여다보자. 환경 변화에 적응하며 진화가 일어나기 위해선 먼저 개체들 사이에 ‘다양성’이 커져야 한다. 전생물체의 관점으로 보면 그런 다양성은 새롭게 해석된다. 숙주가 외부 환경에서 새로운 미생물을 얻어 지니는 것도 다양성을 키우는 일이며, 이미 있는 미생물군에서 어떤 미생물종이 세력을 키우거나 사라지는 상황도 전유전체에 다양한 변화를 일으킬 수 있다.
이렇게 융통성 있는 전유전체를 지님으로써 이익을 얻는 쪽은 숙주만이 아니라 미생물도 마찬가지다. 미생물 간의 ‘수평적 유전자 이동’ 덕분이다. 수평적 유전자 이동은 부모에게서 자손으로 유전 정보가 내려 전달되는 ‘수직적 이동’과 달리, 개체와 개체 사이에서 유전자가 전달되는 것을 말한다.
수평적 유전자 이동은 같은 종뿐 아니라 다른 종 사이에서도 일어날 수 있다. 덕분에 숙주 몸 안의 다양한 공생 미생물들은 안전하게 숙식을 제공받으며 서로 유전자를 쉽게 교환할 수 있다. 그러니 숙주와 미생물은 공생을 통해 모두 다 이득을 얻는 게 분명해 보인다.
하지만 전생물체라는 게 정말 분명한 실체인지에 대해선 여전히 논쟁이 있다. 이것이 ‘진화의 단위’라는 주장을 하려면 정보의 안정적 유전이 전제돼야 하지만 전유전체는 환경 변화에 민감하게 반응해 항상 변할 수 있기 때문이다. 부모와 자식 사이에 미생물군이 얼마나 정확히 전달되는지도 의문이다.
더욱 흥미로운 점은 공생 미생물을 환경에서 획득한 형질로 간주하는 전유전체 이론이 용불용설과 획득형질의 유전을 주장한 19세기 라마르크의 진화이론을 떠올리게 한다는 것이다. 우연히 발생한 돌연변이는 진화에서 가장 중요한 밑천이 된다는 신다윈주의 진화론과 새 가설이 어떻게 공존할 수 있을지 지켜봐야 할 문제다.
성상현 서울대 생명과학부 박사과정
 
출처 : 한겨레 과학
미생물, 숙주, 전유전체, 유전
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