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- CSP1-3이라는 이름의 이 박테리아 그룹은 전 세계의 깊은 토양층과 온천에서 발견돼
- 아이오와에서 발견된 이 균주의 두 계열은 17~20m 깊이 토양에서 최대 60% 빈도
- 미생물이 일산화탄소를 산화시키고, 수소를 처리하고, 아산화질소(N2O)를 환원시킬 수 있어
- CSP1-3 계통의 구성원은 ATP 수율을 높이기 위한 여러 가지 메커니즘도 진화시켰다.
- 미생물은 생물다양성의 "암흑물질"

생명나무의 새로운 주요 가지
생물학자들, 전 세계 깊은 토양층에서 알려지지 않은 박테리아 균주 식별

어디에나 있지만 인식되지 않은 것:
미생물학자들이 미생물 생명의 나무에서 새로운 주요 가지인 새로운 박테리아 균주를 발견했다. CSP1-3이라는 이름의 이 박테리아 그룹은 전 세계의 깊은 토양층과 온천에서 발견된다. 연구진은 이 미생물이 척박하고 영양분이 부족한 환경에 적응했으며, 놀라울 정도로 작은 유전체를 가지고 있다고 보고했다. 그런데도 일부 토양층에서는 CSP1-3 박테리아가 전체 미생물의 절반 이상을 차지하기도 한다. 

▲ CSP1-3이라는 신비로운 이름 뒤에는 새롭게 발견된 박테리아 균주가 숨어 있다. 박테리아 왕국의 새로운 주요 분야다. pixabay

미생물은 생물다양성의 "암흑물질"로 간주된다. 미생물은 지구 바이오매스의 70%를 차지하지만, 지금까지 확인된 것은 일부에 불과하다. 특히 생명의 영역에서 가장 높은 범주에 속하는 박테리아의 경우 아직도 많은 균주가 완전히 알려지지 않았다. 이유는 많은 박테리아는 DNA를 통해서만 존재를 드러내며 배양을 통해 키울 수 없다. 또한 많은 종은 깊은 지하, 온천, 심해 등 이전에는 거의 탐사되지 않은 서식지에 서식한다.

전 세계 지하토양에서 인식되지 않은 박테리아 균주 발견

이제 미생물학자들은 우리 발 바로 아래에서 이전에 알려지지 않았던 박테리아의 새로운 종을 발견했다. CSP1-3이라 불리는 이 박테리아 균주는 전세계 토양의 하층에서 발견된다. "CSP1-3 균주는 전 세계 다양한 토양에 널리 퍼져 있다"고 산시성 노스웨스트 항공 및 방위 대학의 웬루 펭과 그의 동료들이 보고했다. 이러한 미생물은 일반적으로 지하 10~20m 깊이에서 서식하지만, 일부는 물의 퇴적물이나 온천에서도 발견되었다.

놀랍게도 새롭게 발견된 박테리아 균주는 결코 희귀하지 않다. 일부 깊은 토양에서는 CSP1-3 미생물이 다른 모든 박테리아 균주보다 더 흔하며 압도적으로 우세한 생물군이다. 펭과 그의 팀은 "아이오와에서 발견된 이 균주의 두 계열은 17~20m 깊이의 토양에서 최대 60%의 빈도에 도달했다"고 보고했다. 그들은 이제 CSP1-3 균주의 다양한 대표자들의 유전체를 비교 분석하는 데 처음으로 성공했다.

▲ CSP1-3 세균 균주는 전 세계적으로 발견되지만, 아직 발견된 지 얼마 되지 않았다. © Feng et al./ PNAS, CC-by-nc-nd 4.0

물에서 깊은 토양까지

게놈 분석 결과, CSP1-3 박테리아의 기원은 물에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 연구진은 "이 균주의 조상은 수생 환경에서 유래한 것으로 보이며, 토양에 정착하면서 적어도 한 번의 주요 서식지 변화를 겪었다"고 설명했다. 이 미생물의 고대 선구자들은 먼저 표토에 퍼져나간 후 깊은 토양 지대를 정복했는데, 이곳이 오늘날의 주요 서식지다.

펭과 그의 팀은 "이렇게 탐구되지 않은 생명문은 깊은 토양의 자원이 부족한 환경에서 미생물의 생존 전략을 이해하는 데 훌륭한 모델을 제공한다"고 기술했다. 심층 생물권과 마찬가지로 표토는 매우 황량한 서식지다. 유기물은 1%도 안 되고 질소는 거의 없다.

유연하게 조절 가능한 신진대사

하지만 CSP1-3 박테리아는 무엇을 먹고 살까?
게놈 분석 결과, 이러한 미생물은 진화 과정에서 엄청나게 유연한 신진대사를 발달시켰다. 즉, 매우 다양한 분자를 에너지원으로 처리할 수 있다. 연구자들은 미생물의 유전적 구성을 바탕으로 미생물이 일산화탄소를 산화시키고, 수소를 처리하고, 아산화질소(N2O)를 환원시킬 수 있다는 것을 알아냈다. 하지만 박테리아는 더 복잡한 탄소 화합물을 이용할 수도 있다.

▲ 대부분의 CSP1-3 박테리아는 깊은 토양층에 산다. © Feng et al./ PNAS, CC-by-nc-nd 4.0

연구진은 "CSP1-3 계통의 구성원은 ATP 수율을 높이기 위한 여러 가지 메커니즘도 진화시켰다"고 설명했다. "또한 이러한 유기체는 트레할로스를 생성할 수 있는데, 트레할로스는 박테리아가 자원이 부족한 극한 환경에서 생존하는 데 도움이 되는 화학적 에너지 저장 화합물이다." 이를 통해 이러한 박테리아는 척박한 토양에서 생존할 수 있을 뿐만 아니라 번성할 수도 있다.

미시간 주립 대학의 공동 저자인 제임스 티에제는 "이러한 미생물은 포자나 휴면 상태로만 존재한다고 생각할 수도 있다"며 "하지만 우리 DNA 분석의 주요 결과 중 하나는 이 박테리아가 활동적이고 자라고 있다는 것이다"고 말했다.

깊은 토양은 미지의 땅

연구팀에 따르면, 이 박테리아 균주의 발견은 지구 생명 환경에서 중요한 지역으로서의 중요성에도 불구하고 지금까지 심토에 대한 연구가 얼마나 적게 이루어졌는지를 보여준다. 티에제는 "이 구역은 토양 형성, 수질, 생태계 건강과 같은 필수적인 과정을 조절하기 때문에 지구상 생명체의 대부분에 필수적이다"고 말했다. "그럼에도 불구하고, 이 깊은 지역은 지구에서 아직도 비교적 탐사되지 않은 지역 중 하나다.”

다음 단계로 Tiedje와 그의 동료들은 실험실에서 CSP1-3 박테리아 중 일부를 배양하려고 한다. 쉬운 일은 아니다. 하지만 성공한다면, 이 새로 발견된 미생물군의 신진대사와 생화학적 작용에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. Tiedje는 "CSP1-3의 생리학은 특수하기 때문에 일부 유전자가 실제 응용 분야에 유용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; doi: 10.1073/pnas.2424463122)
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences, Michigan State University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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