새로운 연구에서 우리는 잘 알려지지 않은 미세한 동물 그룹이 박테리아의 항생제 제조법을 복사하고 이를 사용하여 감염과 싸우는 데 수백만 년을 소비했다는 사실을 보여주었습니다. 우리는 이러한 특이한 방어 전략이 항균 치료제 개발 경쟁에 지름길을 제공할 수 있다고 믿습니다.
약물 내성 박테리아로 인해 매년 전 세계적으로 120만 명이 넘는 사람들이 사망하고 있습니다. 항생제는 심각한 세균 감염을 치료하는 데 사용됩니다. 항진균제라고 불리는 유사한 약물은 효모와 곰팡이로 인한 감염을 치료하는 데 사용되며, 이 역시 증가하고 있습니다.
이러한 항균 화학물질은 현대 의학에 필수적이지만 저항성이 증가함에 따라 최근 세계보건기구(WHO)는 새로운 의약품을 찾는 것이 시급하다고 경고했습니다.
많은 과학자들처럼 우리도 항균제 내성에 대해 우려했지만 일상적인 연구가 그것과 큰 관련이 있다고 생각하지 않았습니다. 우리는 현미경을 통해 머리카락 한 올도 안 되는 작은 동물을 관찰하는 데 시간을 보냅니다. 대부분의 사람들은 이 생물에 대해 들어본 적이 없습니다. 이 생물들은 Pledopod rotifers라는 이상한 이름을 가지고 있습니다. “delloid”(DELL-oid WROTE-if-furs)라는 단어는 “머리에 바퀴가 달린 기어가는 동물”을 의미합니다. 이 생물들은 연못, 하천, 호수, 심지어 조류, 토양, 연못 및 빙상과 같이 물이 때때로 마르거나 얼어붙는 곳 등 담수가 있는 세계 어디든 살고 있습니다.
이들 동물이 분비하는 유전자 중 약 10분의 1은 박테리아, 곰팡이, 심지어 식물을 포함한 다양한 유형의 유기체에서 복제된 것입니다. 이 유전자가 동물에게 얼마나 부적합한지에 대한 아이디어를 제공하기 위해 모피가 풀잎으로 덮여 있는 고양이나 꼬리가 곰팡이인 개를 상상해 봅시다.
CJ 윌슨 2024, 작성자 제공(재사용하지 마세요)
이 정도 규모의 유전자를 가져오는 것으로 알려진 다른 동물은 없습니다. 이전 연구에서는 로티퍼가 수백만 년 동안 자신에게 속하지 않은 DNA를 수집해 왔다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 가장 큰 수수께끼는 그들이 도난당한 수천 개의 유전자를 가지고 무엇을 하는지입니다.
다른 종으로부터 유전자를 훔치는 것을 수평적 유전자 전달이라고 합니다. 이는 박테리아에서 흔히 발생하며 더 크고 복잡한 생물에서는 드물지만 점점 더 많은 사례가 밝혀지고 있습니다. 과학자들은 이것이 어떻게 일어나는지 아직 확신하지 못하지만, 이식된 유전자는 생존을 위한 진화적 전투에서 새로운 소유자에게 이점을 제공하는 기능을 수행하는 경우가 많습니다.
우리가 로티퍼를 특히 그들에게 영향을 미치는 치명적인 곰팡이 질병에 노출시켰을 때, 우리는 그들이 감염과 싸우기 위해 도난당한 수백 개의 유전자를 활성화했다는 것을 발견했습니다. 이는 우연히 예상했던 것보다 훨씬 더 많은 것입니다.
우리가 마주한 다음 놀라움은 도난당한 유전자가 하는 일이었습니다. 가장 활동적인 유전자는 동물이 만들 수 없다고 생각했던 항균 화학 물질에 대한 지시인 것으로 나타났습니다.
대부분의 항균제는 인간이 발명한 것이 아니라 박테리아와 곰팡이가 서로 싸우기 위해 만들어낸 천연물이다. 잘 익은 사과가 땅에 놓여 있다고 상상해 보세요. 곰팡이의 첫 번째 패치는 다른 미생물이 침입하는 것을 방지할 수 있으면 더 잘 자랄 수 있으므로 경쟁을 죽이는 화학 물질을 만듭니다. 대부분의 곰팡이와 박테리아의 DNA에는 이러한 화학 물질에 대한 제조법이 있으며 인간은 때때로 환자, 동물 및 작물의 치료제로 이러한 화학 물질을 수확하거나 인공적으로 제조할 수 있습니다.
우리의 새로운 연구에 따르면 로티퍼는 자신의 DNA에 항생제 처방전을 기록했습니다. 유전자 활성화 패턴을 추적함으로써 우리는 그녀가 자신을 공격하는 곰팡이 질병에 대해 이러한 조리법 중 하나를 사용하는 것을 관찰했습니다. 감염에서 살아남은 동물은 죽은 동물보다 10배 더 많은 레시피를 생산했습니다. 우리는 몇몇 동료들이 그린 지도를 사용하여 로티퍼 DNA를 조사했습니다. 우리는 대기 중인 약품 처방전 30~40개를 발견했는데, 이는 알려진 어떤 항생제와도 달라 보였습니다.
우리는 이 작은 동물들이 저항성 감염을 치료하기 위한 항균제를 찾는 데 협력할 수 있다고 믿습니다. 수백 종의 로티퍼가 있으며, 그녀는 미생물이 도처에 남겨둔 요리법을 복사하고 테스트할 충분한 시간을 가졌습니다.
미생물 전쟁으로 인해 발생하는 대부분의 천연 화학물질은 동물(썩은 사과 등)에게 독성이 있습니다. 그 중 소수만이 치료법으로 전환될 수 있으며, 어느 것이 안전한지 판단하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 만약 로티퍼가 실제로 세포에서 화학물질을 생산한다면, 이는 아마도 인간을 포함한 다른 동물에게 더 안전하도록 조리법을 수정하거나 채택했을 수도 있다는 것을 의미합니다.
섹스에 굶주린 로티퍼
우리 연구에서 제기된 가장 큰 질문은 왜 로티퍼가 그렇게 극단적인 수준의 DNA 불법 복제를 채택하는 것으로 알려진 유일한 동물인지입니다. 이상하게 들릴 수도 있지만, 그 대답의 일부는 그녀가 충분한 성관계를 갖지 못하고 있다는 것입니다.
알려진 다른 동물과 달리 유목생활을 하는 로티퍼는 모두 암컷이며, 발견된 지 300년이 넘도록 수컷이 관찰되지 않았습니다. 로티퍼 어미는 성별, 정자 또는 수정 없이 자신의 유전적 복사본으로 부화하는 알을 낳습니다.
이러한 방식으로 자신을 복사하는 것은 숫자를 늘리는 빠른 방법이지만 일반적으로 장기적으로 비용이 많이 듭니다. 최근 코로나19에서 보았듯이 전염병은 항상 변화하고 있습니다. 동물과 식물이 교배되면 그들의 유전자가 새로운 조합으로 혼합되어 다음 세대가 질병에 저항하는 데 도움이 됩니다. 과학자들은 자신을 정확하게 복제하여 번식하는 유기체가 문제에 빠질 수 있다고 믿습니다. 한 개인이 감염되면 질병이 동일한 유전자를 보유한 다른 모든 사람에게 쉽게 퍼질 수 있기 때문입니다.
이러한 생각이 옳다면, 성기능이 박탈된 로티퍼에게는 다른 질병 관리 방법이 필요합니다. 성관계를 통해 유전자를 쉽게 섞을 수 없다면 다른 곳에서 DNA를 채취하는 것이 유용한 임시 해결책이 될 수 있습니다. 이는 비정상적인 수의 도난당한 유전자가 감염에 반응하는 이유를 설명할 수 있습니다.
신약이 규제 승인을 받기까지는 수십 년이 걸릴 수 있으며, 소수의 치료법만이 임상 시험을 통과합니다. 그러나 생물학에서 종종 그렇듯이 비슷한 문제를 다루면서 수백만 년을 소비한 생물을 연구하면 놀라운 가능성이 생길 수 있습니다.
