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장내세균과 장의 협력 관계에서 새로운 사실의 발견.
(Were Intestines Designed for Bacteria?)
Brian Thomas

    과학자들은 생물의 장(intestines)과 그 안에서 살고 있는 장내 세균들이 어떻게 상호 작동하는지를 시험해보기 위해서 실험용 마우스(mouse)를 병들게 했다. 연구자들은 그들 사이의 놀라운 상호 관계 뒤에 있는 세부 사실들을 발견했다.

장내 세균들은 다른 생물 종인 숙주(host)와 결속하여 복잡한 소화계의 한 부분을 형성하고 있다. 그들은 숙주의 소화관에서 먹이를 분해하여 숙주가 영양분을 잘 흡수하도록 도와준다.[1] 이에 상응하여 이 유익한 미생물들은 그들이 살아갈 적절한 장소를 얻게 된다. 그러나 숙주인 마우스의 질병이 이들 미생물들을 위협할 때 무슨 일이 일어날까?

Nature 지에 게재된 논문에서, 과학자들은 질병 동안에 마우스의 장은 그들의 박테리아를 위해서 특별한 음식을 제조하는 것을 발견했다.[2] 푸코스(fucose)라 불리는 이 당으로 된 급식원이 만들어지지 않는다면, 병든 마우스는 그들의 유익한 미생물들을 잃어버릴 수 있다.[3]

연구자들은 유전적으로 푸코스 제조 유전자를 제거한 마우스를 만들어서, 정상 마우스와 질병에서 회복될 수 있는 능력을 비교하였다. 시카고대학 의료센터의 보도 자료는 썼다 : ”완전한 장내 세균총 및 푸코스의 제조 능력을 가진 마우스는 질병으로부터 효과적으로 회복되었다.”[4] 푸코스로 장내 세균들을 먹일 수 없는 마우스는 체중이 빠졌고, 질병 후 체중 회복에 시간이 더 걸렸다.

미생물들은 어떻게 마우스를 돕고 있었는가? 건강한 장내 세균들은 병원균을 격퇴한다. 건강하지 못한 장내 세균들이 있을 때, 병원체는 장에 상륙할 수 있고, 병든 마우스는 질병이 더 악화되거나, 적어도 회복 시간이 더 길어진다.

숙주인 마우스가 그들의 장내 세균들을 건강하게 유지하려는 것은 이치에 맞는다. 그러나 마우스의 세포들은 어떻게 그것을 이해할 수 있었는가? 마우스의 소장 조직은 푸코스를 제조하고, 푸코스는 더 많은 장내세균들이 살고 있는 대장으로 내려간다. 이것은 누군가가 이 놀라운 시스템을 설계할 때, 먼저 생각했던 것처럼 보인다.

그리고 장내 세균들은 그들끼리 서로 돕는 방법을 어떻게 알고 있었는가? 이들 Nature 지의 연구자들은 박테리아의 한 종은 마우스가 만들어준 푸코스에 접근하고, 다른 박테리아 종들이 사용할 수 있도록 해준다는 것을 발견했다. 연구 저자들은 썼다 : ”이러한 발견은 ​​분명히 푸코스가 숙주에서 발생한 스트레스의 상황 하에서 미생물들의 먹이 원천 역할을 할 수 있음과, 장내 세균들 사이의 상호 의존성이 훨씬 더 정교함을 보여주고 있다.”[2]

이 연구는 포유류와 미생물들이 상호 의존하고 있을 뿐만 아니라, 또한 장내 세균들도 서로 의존하고 있음을 확인해준 것이었다.

마우스가 아프게 되면, 마우스는 친절한 장내 세균들에게 공급할 푸코스를 만든다. 장내 세균들은 마우스 조직에 접근하는 병원균을 차단한다. 그리고 마우스는 빠르게 회복된다. 장내 세균들은 마우스를 돕고, 마우스는 장내 세균들이 머물 수 있는 장소를 제공한다. 이러한 종류의 상호 협력은 우연히 생겨났다기보다, 의도적인 설계로 보인다.[5]

여기 마우스 장 내의 미시적 세계에서, 정확하게 설계된 효소들과 수송 단백질들은 완전히 다른 두 생물체의 요구를 정확하게 예상하고 있었다. 이들 장내세균과 장은 상호 협력하도록 창조되었음을 확인해주고 있었던 것이다.


References

1. Anderson, K. L. 2003. The complex world of gastrointestinal bacteria. Canadian Journal of Animal Science. 83 (3): 409-427.
2. Pickard, J. M. et al. Rapid fucosylation of intestinal epithelium sustains host-commensal symbiosis in sickness. Nature. Published online before print, October 1, 2014.
3. The study authors also noted that 20 percent of humans lack the gene that codes for fucose-producing enzyme, all of which is linked to Crohn’s disease. It appears human gut microbiota functions much like that in mice.
4. Gut Bacteria Are Protected by Host During Illness. University of Chicago Medicine press release. Posted on uchospitals.edu October 2, 2014, accessed October 2, 2014.
5. See also Thomas, B. 2013. Interdependence: A Conversation Starter. Acts & Facts. 42 (10): 13.

 

출처 : ICR News, 2014. 10. 8.
URL : http://www.icr.org/article/8364/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 장내세균의 섬세한 균형 (Intestinal Bacteria: A Delicate Balance)
2. 당신의 소화기관과 장내 세균과의 동맹 (Your Body Knows Its Allies at Gut Level)
3. 세균과 식물들은 네트워크 기술을 알고 있었다. (Bacteria and Plants Know Network Tech)
4. 완두진딧물과 박테리아와의 공생 관계는 창조를 가리킨다. ('Simple and Elegant' Insect Design Showcases Creation)
5. 초식성 개미와 소화관 내의 공생하는 미생물들 (Bacterial Gut Symbionts Are Tightly Linked with the Evolution of Herbivory in Ants).
6. 회전하는 엔진 : 진화에 대한 도전 초소형 추진체인 세균들의 편모가 우연히? (Rotary Engines : A Challenge to evolution)
7. 이 세균은 탱크처럼 이동한다. (This Bacterium Moves Like a Tank)
8. 세균은 창조를 지지한다. (Bacteria Back Creation)
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10. 가장 간단한 미생물도 생각보다 훨씬 더 복잡했다. : 마이코플라즈마는 200 개의 분자기계들과 689 개의 단백질들을 만드는 유전자들을 가지고 있었다. (Simplest Microbes More Complex than Thought)
11. 새로운 분자 모터 클러치가 발견되었다. (Scientists Discover New Molecular Motor 'Clutch')
12. 분별없이 박테리아를 미워하지 말라! (Don’t Hate Bacteria Irrationally)
13. 박테리아가 노화에 저항하는 독창적인 방법 (The Ingenious Way That Bacteria Resist Aging)
14. 바이러스는 창조된 것인가, 진화된 것인가? (Were Viruses Created or Evolved?)
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