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라임 박테리아와 진화

  • AD 최고관리자
  • 조회 2344
  • 2013.11.19 09:56
어떤 도박사들은 자신의 소매에 카드를 감추어 성공하기도 한다. 이것은 게임을 할 수 있는 다양성이 증가한 것을 의미하기도 한다. 유전적 다양성의 가능성이 커지도록 하는 능력을 갖는 박테리아도 진화를 돕고 빠르게 변화하는 환경에 적응하도록 한다. 최근 라임 병 (Lyme disease)을 일으키는 박테리아인 보렐리아 부르그도페리 (Borrelia burgdorferi)에 대한 연구에서 진화능력은 자연선택 자체를 표적으로 한다는 사실이 밝혀졌다. 이 연구결과는 학술지 <PLoS pathogens>지에 발표되었다.

미국 필라델피아의 펜실베이니아 대학 (University of Pennsylvania)의 진화생물학자이며 이번 연구의 주저자인 더스틴 브리손 (Dustin Brisson)은 “진화성 (evolvability)에 대한 선택이 가능한 다른 데이터가 존재하지만 이번 연구는 처음으로 이들 데이터에 대한 근본적인 대답을 할 수 없었던 문제에 대한 사례”라고 말했다. 보렐리아 부르그도페리는 동물숙주가 강력한 면역반응을 보여도 만성 감염을 일으킬 수 있다. 즉, 주요 표면 항원인 VIsE의 발현형태와 모양을 살짝 바꿔서 방어막을 뚫을 수 있다. 발현되지 않은 일련의 유전적 염기서열은 VIsE유전자와 재결합하는 유전자 카세트 형태로 조직된다. 그 결과로 만들어진 단백질은 숙주의 면역시스템의 감시를 뚫고 피해나갈 수 있다. 텍사스의 휴스턴 대학 (University of Huston)의 진화생물학자인 팀 쿠퍼(Tim Cooper)는 “이 박테리아는 진화성을 말해줄 수 있는 유전자 카세트에서의 다양성을 보여주는 영리한 사례이며 이번 연구결과는 이러한 아이디어를 뒷받침해주고 있다”고 말했다.

연구자들은 이 보렐리아 부르그도페리의 12가지 계통에서 카세트의 유전적 염기서열의 분자 진화를 연구했다. 이들은 자연선택은 이 유전자 카세트 안에서 좀 더 유전적 다양성이 나타나는 박테리아를 선호하고 결국 항원의 다른 형태를 만들 수 있는 능력이 증가한다는 사실을 발견했다. 브리슨은 “이 유전자 카세트 자체에서의 다양성의 증가는 이들이 발현하지 않거나 어떤 기능도 하지 않는 경우에는 선택적 혜택이 없는 것으로 생각되었다. 하지만 우리는 선택의 증거를 발견했으며 문제는 진화성에 필요한 다른 어떤 것이 필요한가에 대한 것”이라고 말했다.

브리슨은 또한 그의 공동저자인 켄터키 대학 렉싱턴 (University of Kentucky, Lexington)의 라임 질환 연구자인 브라이언 스티븐슨 (Brian Stevenson) 이 1990년대에 냉동한 보렐리아 부르도페리 샘플을 조사했다. 스티븐슨의 연구팀은 실험적으로 실험쥐에 한 계통의 박테리아를 감염시킨 후에 샘플을 수집했으며 다시 1년 뒤에 어떻게 진화했는가를 조사하기 위해 다시 재분석했다. 브리슨이 이 샘플을 조사하면서 이들은 핵심적인 유전자 카세트의 유전자 염기서열의 변화를 발견했으며 이 부분은 유전체의 다른 부분에서보다 더 일상적으로 변화가 일어나는 곳이다.

뉴질랜드 오클랜드의 뉴질랜드 고등과학원 (New Zealand Institute for Advanced Study)의 진화유전학자이며 독일 막스 플랑크 진화생물학 연구소 (Max Planck Institute for Evolutionary Biology)의 폴 라이니 (Paul Rainey)는 “이 생명체는 미래의 환경에 대처할 수 있는 성향을 갖고 있어야 한다. 하지만 어떻게 이러한 경향이 일어나는가로 생각하게 되면 확실한 답은 없다. 이 박테리아의 자연선택은 미래 환경에 대응할 수 있는 좀더 높은 능력을 갖고 있는 진화형태로 이어질 수 있다”고 말했다.

출처: <네이처> 2013년 11월 15일 (Nature doi:10.1038/nature.2013.14176) / http://www.nature.com/news/lyme-bacteria-show-that-evolvability-is-evolvable-1.14176 / KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2013-11-19
원문참조:

Graves, C. J., Ros, V. I. D., Stevenson, B., Sniegowski, P. D. & Brisson, D. PLoS Pathog. http://dx.doi.org/10.1371/journal.ppat.1003766 (2013).
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