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- 700종 이상의 박테리아가 혀, 잇몸 또는 치아에 기생, 세균 공생의 대부분은 무해
- 충치와 치주염의 원인은 그 중 하나, 기생 아메바는 치은염에 기여
- 우리 중 약 절반은 구강에 다세포 유기체가 숨어 있다.
- 최대 7마이크로미터 길이로 자랄 수 있는 애벌레 모양 구조, 입 안쪽 표면에 부착
- 이 박테리아는 구강의 어려운 조건에서 생존하기 위해 초기 형태의 다세포성을 개발

다세포 생물이 우리 입에 산다.
애벌레 모양의 박테리아 형성은 길이가 수 마이크로미터를 형성할 수 있다.

우리 입에는 수백 종의 단세포 박테리아뿐만 아니라 다세포 박테리아도 있다. 이 애벌레 모양의 실은 구강 표면에 부착되며 길이가 최대 7㎛(마이크로미터)까지 자랄 수 있다. 연구자들은 최근 이러한 다세포 실이 어떻게 그리고 왜 발생하는지 찾아냈다. 이러한 세균 다세포 유기체는 원래 막대 모양의 단일 세포에서 비정상적이고 불완전한 분열을 통해 발달했다. 

▲ 이 형광 이미지는 우리 입에서 발견되는 것과 같은 박테리아로 구성된 7마이크로미터 길이의 다세포 구조를 보여준다. © Nyongesa et al./ Nature Communications, CC-by 4.0

우리의 구강에는 생명체들이 우글거린다. 700종 이상의 박테리아가 혀, 잇몸 또는 치아에 기생한다. 이들 세균 공생의 대부분은 무해하지만 충치와 치주염의 원인은 그 중 하나다. 그들은 종종 타액에 포함된 항체에 대한 특수 생물막으로 자신을 보호한다. 그것으로 충분하지 않아 일부 사람들은 입에 기생 아메바를 가지고 있다. 이 아메바는 치은염에 기여한다.

우리 입안의 애벌레 모양의 박테리아 다세포 유기체

그것이 전부는 아니다. 무수한 단세포 룸메이트 외에도 우리 중 약 절반은 구강에 다세포 유기체가 숨어 있다. 이들은 최대 7마이크로미터 길이로 자랄 수 있는 애벌레 모양의 구조로 입 안쪽 표면에 부착된다. 그들은 불완전한 세포 분열의 결과로 점점 더 긴 실로 자라는 Neisseriaceae 계통의 박테리아로 구성됐다.

따라서 이 박테리아는 구강의 어려운 조건에서 생존하기 위해 적응하는 초기 형태의 다세포성을 개발했다. 캐나다 INRS 연구 센터의 새미 뇽사와 그의 동료들은 "다세포성은 예를 들어 분업의 형태로 세포 간의 협력을 가능하게 하므로 박테리아가 영양 스트레스에서 살아남는 데 도움이 될 수 있다"라고 설명했다. 현재 지식에 따르면 이 박테리아 유충은 질병을 유발하는 것이 아니라 무해한 "블랙헤드"일 뿐이다. 

▲ 막대 모양, 구균 및 MuLDi Neisseriaceae의 핵심 게놈 기반 계통 발생. (출처: 관련논문 Evolution of longitudinal division in multicellular bacteria of the Neisseriaceae family / Published: 22 August 2022 / nature communications)

비정상적인 세로 분할

처음으로 연구원들은 이 박테리아가 어떻게 분열하고 어떻게 "유충"이 되었는지 더 자세히 조사했다. 그들은 특히 한 가지를 염두에 두었다. 실은 긴 면을 따라 서로 부착되고 길이 방향으로 분할되는 길쭉한 셀 스택으로 구성된다. "이것은 막대 모양의 박테리아가 일반적으로 길어진 다음 가로로 분열하여 증식하기 때문에 특별한 것이다"라고 팀은 설명했다.

이 다세포 Neisseriaceae의 시험 배양에서 과학자들은 길쭉한 박테리아의 새로운 세포벽이 한쪽에서 실로 자라는 것을 볼 수 있었다. Nyongesa와 그의 동료들은 "격막이 단두대처럼 개별 세포 속으로 스스로를 밀어 넣고 등 끝에서 시작하여 세로로 나눈다"라고 보고했다. 각 실에서 이미 격막을 형성한 세포는 이제 막 분열을 시작하는 세포와 교대로 나타난다. 따라서 이러한 세포 애벌레의 성장은 분명히 조정된다.

▲ 다세포 Neisseriaceae는 애벌레와 비슷하다. © Nyongesa et al./ Nature Communications, CC-by 4.0

가로가 세로가 된 방법
그런데 막대 모양의 세균에서는 보기 힘든 이러한 분열 방향은 어떻게 생겨난 것일까?
원래 세포가 한 번 둥글었을 가능성이 있을까? Neisseriaceae 내 다른 종의 세포 및 유전자 비교에서 연구자들은 이것이 사실이 아니라고 결론지었다. 대신, 이 다세포 종의 조상은 정상적인 가로로 분열하는 막대 모양의 박테리아였다.

개발 과정에서 막대 모양이 바뀌고 길이 대신 너비가 커졌다.
이것이 그들이 특이한 세로 분할을 개발한 방법이다. 공동 저자인 INRS의 Frédéric Veyrier는 "우리는 아마도 구강 내에서 더 잘 번성할 수 있도록 신장과 분열 과정의 수정을 통해 진화 과정에서 세포 모양이 변했다고 생각한다"라고 말했다.

"애벌레 모양의 Neisseriaceae는 인간에게 사는 유일한 다세포로, 세로로 분열하는 박테리아다"라고 과학자들은 설명한다. 그러나 밀접하게 관련된 일부 종과 다세포 종도 일부 포유류의 구강에서 발견된다. 따라서 그들의 진화와 생활 방식을 연구하는 것은 그러한 동거자에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있다.
(Nature Communications, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-32260-w)
출처: Nature Communications, Universität Wien

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science"

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