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- 혐기성 조건에도 불구하고 메탄을 생성할 가능성이 없는 새로운 종류의 고세균
- 온천 미생물학의 선구적인 연구자 미국 미생물학자 Thomas Brock의 이름을 따서 Brockarchaeota로 명명 제안
- 대사 경로중 일부는 생명 공학에서 농업 및 바이오 연료에 이르는 응용 분야에도 유용

새로운 종류의 미생물 발견
온천에서 발견되는 고세균은 메탄을 방출하지 않고 식물 재료를 분해한다.

기후 친화적인 미생물 :
온천에서 특이한 신진대사를 보이는 이전에 알려지지 않은 고세균 균주가 발견됐했다.
Brockarchaeota에 명명된 미생물은 온실가스 메탄을 방출하지 않고 혐기성 조건에서 죽은 식물 부분을 분해한다. 이런 식으로 그들은 탄소 순환에서 중요한 역할을 할 수 있다고 저널 "Nature Communications"에 연구원들이 보고했다. 

▲ 새로 발견된 고세균은 중국에 있는 이 온천의 물 샘플에서 발견됐다. © Jian-Yu Jiao / Sun Yat-Sen University

식물이 자라면서 공기 중의 이산화탄소를 결합해 다양한 종류의 당과 전분을 포함한 유기 탄수화물의 형태로 저장한다. 죽은 후 식물은 미생물에 의해 분해된다. 어떤 미생물이 관련되어 있고 산소가 환경에서 사용 가능한지 여부에 따라 CO2 또는 더 강력한 온실가스 메탄이 생성된다. 특히 아르카에아(Archaea)는 신진대사 중에 메탄을 생성하는 것으로 알려져 있다.

온천 샘플의 Metagenomic 분석

규칙에는 항상 예외가 있다.
오스틴에 있는 텍사스 대학의 발레리 드 안다(Valerie De Anda)가 이끄는 팀이 혐기성 조건에도 불구하고 메탄을 생성할 가능성이 없는 새로운 종류의 고세균을 발견했다.
"그들은 우리가 고세균에 존재하는지 몰랐던 새로운 유형의 신진대사를 사용한다"고 De Anda는 말했다. 새로 설명된 고세균은 아직 현미경으로 재배하거나 관찰할 수 없었다.

연구원들은 소위 메타 게놈 분석을 사용하여 결과를 얻었다.
그들은 중국의 온천 샘플과 캘리포니아만의 열수 퇴적물에서 얻은 유전 물질을 조사했다.
Metagenomics 기술은 개별 종을 먼저 식별하고 증식하지 않고도 이러한 환경 샘플에서 유전 물질을 재구성할 수 있는 가능성을 제공한다.

유기체 영역의 새로운 변종

연구자들은 이전에 알려지지 않은 고세균을 발견했는데, 이 고세균은 이 도메인의 이전에 알려진 모든 대표자와 유전적으로 크게 다르지만 최대 99%의 공통 유전자 서열을 가지고 있다.
De Anda와 동료들은 새로운 Archaea 균주에 속하는 것으로 보이는 15개의 새로운 종의 게놈을 재구성했다.

저자들은 "우리는 온천 미생물학에 대한 선구적인 연구로 유명한 미국 미생물학자인 Thomas Brock의 이름을 따서 Brockarchaeota 균주의 이름을 지을 것을 제안한다"고 기술했다.
새로운 종과 속이 종종 발견되는 반면, 생명 나무의 전체 가지인 고차원 발견물은 매우 드물다. 그것만으로도 Brockarchaeota의 발견은 특별하다.

▲ Brockarchaeota 종의 Archaea는 엘로스톤 파크(Yellowstone Park)를 포함한 전 세계의 온천에서 발견된다. 사진은 Grand Prismatic Pool과 Excelsior Geyser의 전망이다. © Greg Willis / CC-by-sa 2.0

전 세계에 분포하지만 간과됨

De Anda의 팀은 이제 처음으로 Brockarchaeota를 체계적으로 설명했지만 별도의 부족으로 인식되지 않고 이전에 발견된 것으로 보인다.
"공공 유전자 데이터베이스를 살펴보면 전 세계에서 수집되었지만 '미배양 미생물'로 묘사되는 것을 알았다"고 De Anda는 말했다.

남아프리카의 온천과 와이오밍의 옐로스톤 국립 공원, 인도네시아와 르완다의 호수 퇴적물에서 채취한 샘플에서 유사한 유전자 서열이 이미 발견됐다. “수십 년 전으로 거슬러 올라가는 유전적 염기서열이 있었지만 완전하지는 않았다. 그래서 우리는 이 균주의 첫 번째 게놈을 재구성한 후 깨달았다. 그들은 전 세계에 분포되어 있으며 완전히 간과됐다.”

▲ 그림 6 : 혐기성 탄소 순환에서 Brockarchaeota의 생지화학적 역할 모델. (출처 : 독특하고 다재다능한 탄소 순환 경로를 가진 새로운 고세균, Brockarchaeota 관련논문 Brockarchaeota, a novel archaeal phylum with unique and versatile carbon cycling pathways)

독특한 생태적 위치

재구성된 게놈을 바탕으로 연구원들은 Brockarchaeota의 신진대사에 대한 결론을 도출할 수있었다. “이 고세균은 메탄을 생성하지 않고 탄소를 재활용한다. 그것은 그들에게 자연에서 독특한 생태학적 위치를 제공한다”고 그들은 보고했다. Brockarchaeota의 신진대사는 메탄 대신 아세트산의 염인 이산화탄소, 수소 및 아세테이트를 최종 생성물로 생성한다.

연구원의 관점에서 새로 확인된 대사 경로중 일부는 생명 공학에서 농업 및 바이오 연료에 이르는 응용 분야에도 유용 할 수 있다. 저자들은 “이 첫 번째 설명은 게놈 특성화로 제한된다. 따라서 생리적 활동을 확인하려면 재배 또는 활동 측정이 필요하다"고 덧붙였다.
(Nature Communications, 2021, doi : 10.1038 / s41467-021-22736-6)
출처 : 텍사스 대학교 오스틴

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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