이노클(Inocles): 우리 입에서 발견된 특이한 DNA 분자

이노클(Inocles): 우리 입에서 발견된 특이한 DNA 분자: 문광주 기자 / 기사승인 : 2025-09-11 15:30:36

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- 우리 입속의 일부 미생물은 염색체 밖에 존재하는 거대한 고리 모양 이노클을 갖고 있다.
- 우리 침에서 이러한 박테리아 DNA 분자가 발견된 최초의 사례
- 염색체외 유전자가 세균이 끊임없이 변화하는 구강 내 생활 환경에 적응하고 생존하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 추정
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이노클: 우리 입에서 발견된 특이한 DNA 분자
타액 박테리아는 크고 염색체 외 DNA 고리를 가지고 있다.

입 속의 놀라운 사실:
우리 입속의 일부 미생물은 염색체 밖에 존재하는 거대한 고리 모양의 DNA 요소인 이른바 이노클을 가지고 있다. 이는 우리 침에서 이러한 박테리아 DNA 분자가 발견된 최초의 사례다. 연구진은 "네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)"에 이노클을 보고했다. DNA 고리에 포함된 유전자는 구강 미생물의 생존에 유리한 것으로 보인다. 그러나 이노클이 우리 건강에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 어떤 방식으로 영향을 미치는지는 아직 불분명하다.

▲ 인간 타액 샘플에서 고분자 DNA를 추출하는 개략적 작업 흐름. 파란색 화살표는 preNuc의 과정을 나타낸다. (출처: Published: 11 August 2025 / Giant extrachromosomal element “Inocle” potentially expands the adaptive capacity of the human oral microbiome / nature communications)

우리 몸속에는 수십억 개의 미생물, 즉 개별 마이크로바이옴이 번성하고 있다. 여기에는 피부와 호흡기에 서식하는 박테리아뿐만 아니라 구강 및 장내 세균총도 포함된다. 이러한 미생물 동반자가 우리 건강에 긍정적, 부정적으로 영향을 미친다는 것은 오래전부터 알려져 왔다. 하지만 우리 몸속 마이크로바이옴의 다양성과 그 영향은 아직 완전히 밝혀지지 않았다.

염색체 외 DNA 고리

도쿄대학교의 유야 키구치(Yuya Kiguchi)가 이끄는 연구진은 우리 입속 미생물군집을 더욱 자세히 살펴보았다. 그들은 56명의 피험자로부터 채취한 타액 샘플을 분석해 비인간 DNA를 찾았다. 그들은 구강 내 미생물들이 염색체 외부에 존재하는 추가적인 유전 물질을 세포 내에 보유하고 있을 것이라고 추측했다. 이러한 염색체 외 DNA는 오랫동안 박테리아 플라스미드 형태로 알려져 왔으며, 암세포 또한 DNA 고리를 형성할 수 있다.

하지만 염색체 외 DNA의 또 다른 형태가 있다. 바로 최근 일부 토양 미생물에서 관찰된 비정상적으로 큰 원형 DNA 분자다. 우리 구강 내 미생물에도 이러한 요소가 있는지 확인하기 위해 키구치와 그의 동료들은 새롭게 개발된 방법을 사용해 타액 샘플에서 인간 DNA를 먼저 제거했다. 그런 다음 매우 긴 유전 물질 구간도 한 번에 검사할 수 있는 특수 시퀀싱 기술을 사용했다. 이를 통해 개별 DNA 조각의 순서를 재구성하는 데 도움이 된다.

모든 사람의 4분의 3의 침에서

이는 우리 침 속에 미생물에서 유래한, 이전에는 알려지지 않았던 큰 DNA 분자가 실제로 존재한다는 것을 보여주었다. 정밀 분석 결과, 이 DNA 조각들은 Streptococcus salivarius 종의 박테리아에서 유래했으며, 주 DNA 외부에 위치하는 것으로 밝혀졌다. 키구치는 "염색체 외 DNA의 한 예인 이노클(inocles)을 발견했다"고 보고했다. 이노클이라는 용어는 "인코딩된 삽입 서열, 구강 기원, 원형 유전체 구조"의 약자다.

구강 미생물총은 이미 충분히 연구되었지만, 이러한 박테리아 유전체 분자가 존재한다는 증거는 이번이 처음이다. 하지만 다른 침 샘플과 비교했을 때, 이러한 발견이 늦게 이루어졌다고 해서 희소성을 의미하는 것은 아니다. 키구치는 "타액 샘플에 포함된 인구의 다양성을 고려할 때, 전체 인구의 74%가 입안에 이노클을 가지고 있을 가능성이 있다고 생각한다"고 말했다.

유전자를 위한 충분한 공간

평균적으로 구강 세균의 DNA 고리는 약 35만 염기쌍 길이였으며, 가장 큰 이노클은 39만 5천 염기로 구성되었다. "이는 이노클이 인간 미생물군집에서 가장 큰 염색체외 유전 요소 중 하나임을 의미한다"고 키구치는 말했다. 이와 대조적으로, 세균에서 흔히 발견되는 플라스미드 역시 원형의 염색체외 DNA 분자다. 그러나 플라스미드의 크기는 최대 수만 염기쌍에 불과하며 유전자는 매우 적다.

이러한 점은 최근 발견된 이노클과는 다르다. 타액에서 발견되는 DNA 고리는 그 엄청난 크기 덕분에 다양한 기능을 하는 수많은 유전자를 포함하고 있다. 이러한 유전자는 특히 구강 세균의 스트레스 저항성을 제공하고 DNA 손상 복구를 돕는다. 또한, 초기 분석 결과 일부 이노클 유전자는 세포벽의 조립 및 재형성과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.

연구진은 이러한 염색체외 유전자가 세균이 끊임없이 변화하는 구강 내 생활 환경에 적응하고 생존하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 추정한다. 그러나 대부분의 이노클 유전자의 정확한 기능은 아직 밝혀지지 않았다.

▲ 추가 Inocle 콘티그 식별을 위한 워크플로. 46명의 일본인 참가자로부터 획득한 롱리드 콘티그를 이용한 발견 분석을 통해 13개의 Inocle 콘티그와 InoC 유전자를 식별했다. InoC의 대표적인 예측 3D 구조가 제시되어 있으며, 녹색 영역은 InoC의 복제-이완 도메인을 나타낸다. Inocle 콘티그의 수를 늘리기 위해, 46명의 일본인, 9명의 인도네시아인, 1명의 태국인 참가자로부터 획득한 고품질 롱리드 콘티그를 사용하여 InoC를 인코딩하는 원형 콘티그를 식별했다.(출처: Published: 11 August 2025 / Giant extrachromosomal element “Inocle” potentially expands the adaptive capacity of the human oral microbiome / nature communications)

구강 건강에 미치는 영향은 무엇일까요?

구강 박테리아가 주요 DNA와 플라스미드 외에도 이노클을 보유하는 이유와 그 유전자가 어떤 기능을 수행하는지는 후속 연구를 통해 더 자세히 조사될 예정이다. "마치 각주가 첨부된 책을 발견한 것과 같다. 우리는 이제 막 각주가 무엇을 하는지 알아내기 위해 읽기 시작하는 것과 같다"고 키구치는 말했다. 그와 그의 팀은 이제 실험실에서 이노클을 가진 박테리아를 더 잘 배양하고 분석할 수 있는 새로운 방법을 개발하려고 한다.

예를 들어, 이노클이 플라스미드처럼 박테리아에서 박테리아로 전파되어 메가플라스미드가 될 수 있는지는 아직 불분명하다. 또한 이노클이 박테리아 운반체에만 영향을 미치는지, 아니면 숙주인 인간에게도 영향을 미치는지도 아직 모른다. 예를 들어, 이노클이 구강 건강에 기여하거나 잇몸 질환이나 충치를 촉진할 가능성도 있다. "이제 이노클의 존재를 알았으니, 이노클이 인간, 상주 미생물, 그리고 구강 건강 사이의 관계에 어떤 영향을 미치는지 탐구할 수 있을 것이다"고 키구치는 말했다.

이노클이 소화관 암의 표지자 역할을 할 수 있다는 초기 증거도 있다. 초기 실험 결과, 암 환자의 타액에서 이노클의 양이 감소하는 것으로 나타났다.

참고: Nature Communications, 2025; doi: 10.1038/s41467-025-62406-5
출처: 도쿄대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]