생물막(Biofilm) (2) "생물막 발생의 이점"

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-07-20 19:05:23
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* 최대 99%의 미생물 대부분은 점액 매트릭스에서 자연적으로 발생
* 박테리아가 수역 자갈에 생물막 형성하면 침수돼 박테리아에 포함된 영양소를 먹을 수 있다
* 미생물은 암석, 식물, 수역에서 생존해 토양과 물의 자가 정화 과정과 이산화탄소 결합 지원
* 생물막에 의해 형성된 장내 식물상은 신체 자체 효소로 분해할 수 없는 복잡한 식물성 탄수화물의 신진대사에 중요

생물막의 발생과 이점

Biofilm(생물막)은 일반적인 형태의 박테리아 생물이다. 최대 99%의 미생물 대부분은 이러한 슬라임 매트릭스에서 자연적으로 발생한다. 

▲ 그림 위: 영역(기질)이 지나치게 자란 매우 얇은 생물막. 아래: 물에 부유한 물질.

(참고 Wasser 물, Schleim 점액) author : Asw-hamburg


안전한 집으로서의 바이오 필름

생물막의 생명체는 오랜 역사를 가지고 있다. 웨스턴 오스트레일리아 고생물학자들은 스트로마 톨라이트에서 약 35억 개의 오래된 생물막이 화석화한 것을 발견했다. 때때로 거의 탑과 같은 구조는 미생물 매트가 퇴적된 퇴적물과 번갈아 가면서 발생한다. 박테리아는 오늘날에도 그러한 스트로마톨라이트Stromatolithen를 형성한다. 삶의 방식이 그토록 잘 입증된 이유도 있다.

무엇보다도, 생물막은 미생물에게 결정적인 이점을 제공한다.
표면에 단단히 부착된 점액층에서는 외부 장애로부터 잘 보호된다.
예를 들어, 박테리아가 수역에 의해 자갈에 생물막을 형성하면 정기적으로 물이 침수되어 박테리아에 포함된 영양소를 먹을 수 있다. 그들은 예를 들어 비오토프에서 거의 씻겨 나가 다음 강으로 씻겨 나가는 경우가 거의 없다. 생물막의 안정성으로 인해 안전한 집이 된다.

넓은 확산

미생물은 암석, 식물, 수역 또는 온천에서 생존하므로 토양과 물의 자가 정화 과정과 이산화탄소 결합을 지원한다. 바다에서도 미생물은 생물막 덕분에 생존한다.
예를 들어, 그들은 산호에서 자라고 빛과 독립적으로 사는 미생물은 어두운 심해의 석회암 퇴적물에서도 살 수 있다.

또한 몬타나 주립 대학의 하이디 스미스(Heidi Smith)가 이끄는 연구팀이 발견 한 바와 같이 빙하의 얼음에서도 생물막을 찾을 수 있다. 안전한 슬라임 층을 빠르게 형성 할 수 있다.

생물막은 우리의 환경뿐만 아니라 인체에서도 발견된다.
예를 들어 세균성 식물상은 피부, 특히 땀샘에서 생물막에 서식한다.
미생물, 특히 Corynebacterium 또는 Staphylococcus epidermis 종은 우리 몸이 노폐물로 배설하는 것을 먹는다. 그 대가로 그들은 우리를 덜 무해한 낯선 박테리아로부터 보호한다. 질에 있는 생물막은 동일한 기능을 한다. 외부에서 침투하는 병원균에 의한 집단 군락을 방지한다.

미생물 슬라임 매트릭스는 우리 몸의 다른 표면에서 찾을 수 있다.
예를 들어 Woods Hole의 해양 생물연구소(Marine Biological Laboratory)의 제시카 마크웰치(Jessica Mark Welch)와 함께 일하는 과학자들은 우리의 혀에 생물막이 보이도록 만들었다. 입안의 미생물 군집의 구조는 우연히 생겨난 것이 아니라 다양한 유형의 미생물의 필요와 성장 행동에 따라 복잡한 모자이크 패턴에 해당한다는 것이 눈에 띄었다.

인간과 동물을 위한 소화 보조제

생물막은 우리에게 보이지 않는 신체 부위에서도 발견될 수 있다.
인간의 위장관은 심지어 신체 세포보다 약 10배 더 많은 미생물이 뛰어다니며 그 대부분은 세포 외 점액층으로 구성되어 있다. 생물막에 의해 형성된 장내 식물상은 음식 성분의 소화와 신체 자체의 효소에 의해 분해될 수 없는 복잡한 식물성 탄수화물의 신진대사에 중요하다.
또한 미생물 군집은 병원성 세균이 장에 정착하는 것을 방지한다.

▲ 사람 피부 근접촬영. 인간의 피부에는 자연적으로 생물막이 있다. 이 생물막은 질병을 유발하는 박테리아로부터

우리를 보호한다.


생물막은 또한 반추 동물의 소화관에서 중요한 역할을 한다.
그들은 소화하기 어려운 풀과 다른 단단한 식물 물질을 분해하는 데 도움이 된다.
소, 염소 등에서는 먹는 채소의 장에서 생물막이 형성된다. 이들은 초기에 식물성 셀룰로오스를 분해하고 지방산을 생성하는 미생물로 구성되어 있다. 이 셀룰로오스 분해 박테리아가 너무 많은 지방산을 배출하여 자신의 성장을 억제할 때까지.

그런 다음 다른 운동성 박테리아가 생물막으로 이동해 이러한 지방산을 대사를 위한 연료로 사용한다. 이것은 녹색을 분해하고 반추 동물은 결국 점액 기질로 코팅된 사료 잔류물을 소화한다. 그러나 생물막이 모든 유기체의 체내에서 자연적으로 발생하고 유용하더라도 의학적 문제이기도 하다.  (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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