쿼럼 센싱 - 생명체에만 있는 또 다른 고유한 기술
(Quorum Sensing—Another Skill Unique to Life)
David Coppedge
가장 작은 박테리아에서부터 가장 큰 고래에 이르기까지, 쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지)과 같은 알고리즘적 과정은 생물과 비생물을 구분한다.
쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지) : 미생물의 영리한 전략
만약 당신이 비밀 임무를 수행하기 위해, 어둠 속에서 침투를 하고 있다고 상상해보라. 작전을 시작하려면 최소 12명의 동료들이 필요하다. 하지만 그들을 볼 수도, 말을 걸 수도 없는 상황에서 최소 인원이 모였는지 어떻게 알 수 있을까? 해답은 바로 쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지)을 하는 것이다. 즉, 주변에 있는 동료들의 수를 조용히 세는 기술을 사용하는 것이다. 쿼럼(quorum, 정족수)이 충족되면, 임무를 시작할 수 있다.
오늘날 무선 통신 덕분에 상상 속의 비밀 임무는 식은 죽 먹기가 되었다. 시각이나 청각 없이도 팀원들은 휴대용 기기를 통해 암호화된 메시지로 동료들의 위치를 파악할 수 있다. 일상생활에서도 많은 사람들이 생일 파티를 열기 전에 애플의 "내 친구 찾기" 같은 앱을 이용해 가족 구성원의 위치를 확인한다. 우리는 쿼럼 센싱을 당연하게 여기지만, 사실 우리는 목적을 가진 지적 존재이다. MIT 대학에서 설계한 분산 로봇 시스템(Distributed Robot Systems)은 엔지니어들이 미리 프로그래밍해 놓은 생체모방 알고리즘을 사용하고 있다.(여기를 클릭).
놀랍게도 쿼럼 센싱은 박테리아가 항상 사용하고 있는 기술이다. 미생물은 동종 개체의 밀도가 일정 수준에 도달할 때까지 기다렸다가 활동을 시작한다. 이러한 능력은 박테리아나 점균류(slime molds)와 같은 미생물 뿐만 아니라(여기를 클릭), 곤충, 물고기, 새와 같은 집단행동을 보이는 고등 생물에서도 관찰되었다. 로봇 설계자들은 가장 단순한 생명체로부터 이러한 비법을 배우고 있다. 바로 보이지 않는 개체군의 구성원들과 소통하고 반응하는 방법을 말이다. 쿼럼 센싱(QS)은 상호작용의 개념을 세포 내에서 세포 간으로 확장하여, 개체 집단을 초생물체로 전환하고 있다. 이런 의미에서 박테리아 집단은 다세포 생명체인 것이다. 이는 다윈의 "단순한" 세포 개념에 도전하는 것이다. 한 운 좋은 돌연변이가 일어나 속해있던 원시세포 집단에서 벗어난 미생물은 의사소통과 행동을 조정할 수 없다면, 혼자서 생존할 수 있었을까?
쿼럼 센싱을 위한 요구 사항
쿼럼 센싱(QS)에 필요한 요소들을 생각해 보자. 가장 기본적인 구성 요소는 센서, 수용체, 그리고 반응 계획이다. 박테리아는 특정 분자들을 환경으로 방출함으로써 쿼럼 센싱을 수행한다. 박테리아는 표면에 동종 박테리아의 특정 분자를 인지할 수 있는 수용체를 갖고 있다. 유입되는 분자의 수를 측정하고, 특정 밀도에 도달하면, 신호가 유전자 발현 변화를 유발하여, 군집 내 다른 구성원들과 협력하여 미리 프로그램된 행동을 실행한다. 이러한 행동에는 생물막 형성, 이동 행동 변화, 방어기제 활성화 등이 포함될 수 있다. 일부 발광 미생물(bioluminescent microbes)은 특정 밀도에 도달했을 때만 발광한다.
우리는 쿼럼 센싱 알고리즘이 본질적으로 복잡하다는 것을 이미 알고 있지만, 실제 사례에서는 추가적 요구 사항들이 드러난다. 예를 들어, 조건이 변할 때 반응을 끄는 "쿼럼 억제(quorum quenching)"가 필요하다. 또한 박테리아는 들어오는 신호 분자의 유사성 정도를 구별해야 한다. Phys.org(2023. 11. 24) 지에 실린 쿼럼 센싱 관련 소식에서 핀란드 알토 대학(Aalto University)의 연구자들은 이 능력을 사투리나 외국어를 이해하는 것에 비유했다 :
"우리가 '세균 언어 검사'를 실시한 결과, 매우 유사한 언어를 사용하는 세균들은 서로 이해할 수 있다는 것을 발견했다. 마치 네덜란드 사람이 독일어의 일부를 이해하는 것과 같다. 또한 매우 다른 언어를 사용하는 세균들 간의 의사소통을 테스트해 본 결과, 그들은 전혀 이해할 수 없다는 것을 알게 되었다. 마치 핀란드 사람이 아랍어나 중국어를 사용하는 사람들과 대화를 나눌 수 없는 것과 같다"라고 연구를 이끈 박사 과정 학생 크리스토퍼 욘커고우(Christopher Jonkergouw)는 말했다.
군대에서 사투리를 사용해도 다른 병사들과 서로 의사소통을 하고 임무를 수행할 수 있다. 몸짓이나 표정을 통해 다른 문화권 사람들과도 소통할 수 있다. 하지만 해외여행을 해본 사람이라면 누구나 알듯이, 언어가 너무 다르면, 도저히 이해할 수 없는 지점이 온다. 중요한 것은 이해의 문턱을 넘어서면, 의사소통을 위해 더 많은 것이 필요하다는 것이다. 언어 교육, 스마트폰 번역 앱, 또는 통역사가 필요할 수 있다.
박테리아도 비슷한 문제를 갖고 있다.
알토 대학 연구자들은 160개 이상의 박테리아 '언어'들이 분자 '단어'들로 표현된다는 사실을 밝혀냈다. 구조적으로 유사한 분자들은 일정 수준까지 박테리아의 반응을 유발할 수 있지만, 그 이후에는 더 이상 반응하지 않는다. 이러한 지식은 항생제 내성과 같은 박테리아의 반응에 개입하고자 하는 과학자들에게 중요한 첫 걸음이 될 것이다.
연구자들은 이러한 도구를 사용하여, 박테리아 언어 간의 연결 관계를 정확하게 추정하고, 이해 가능성을 예측할 수 있음을 보여주었다. 이러한 발견은 연구팀의 새로운 치료제 개발을 더욱 정교하게 다듬는 데 유용할 뿐만 아니라, 생명공학 분야에도 중요한 의미를 지닌다. 박테리아의 언어들은 박테리아 군집 내 그룹 간의 작업 조율이나, 심지어 박테리아 마이크로프로세서(bacterial microprocessors, 박테리아를 유전공학적으로 처리하여 생물학적 컴퓨터 회로처럼 만드는 기술) 내에서도 활용될 수 있기 때문이다.
연구팀이 학술지 Angewandte Chemie(2023. 10. 25) 지에 발표했던 논문은 언어적 비유를 사용하지는 않았지만, 유사한 분자들에 대한 박테리아 반응의 한계를 결정하는 방법을 자세히 설명하고 있었다. 이전의 쿼럼 센싱(QS) 연구는 이러한 분자들 중 일부, 특히 호모세린 락톤(homoserine lactones, HSLs)에 초점을 맞추고 있었다. 사투리처럼 HSLs은 구조적으로 유사한 형태를 가진 분자들을 포함하는데, 이들은 "동족(cognate)"으로, 즉 같은 계열에 속하는 분자들로 간주된다.
본 연구에서는 일반적으로 사용되는 HSLs 쿼럼 센싱 신호전달 시스템을 넘어서, 리간드(ligands)의 화학적 다양성이 비상동 결합의 상호작용을 이해하고 회피하는 데 어떻게 중요한 원칙으로 작용할 수 있는지를 탐구하였다. 우리는 다양한 쿼럼 센싱 리간드의 화학적 다양성을 조사하고, 리간드 화학 구조의 다양성이 비상동 상호작용을 최소화한다는 가설을 바탕으로, 구조적으로 유사한 쿼럼 센싱 신호전달 시스템과 구조적으로 서로 다른 쿼럼 센싱 신호전달 시스템을 실험적으로 평가하였다.(그림 1). 이러한 접근 방식을 통해, 기존에 알려진 합성 직교 쿼럼센싱 신호전달 시스템(synthetic orthogonal QS signalling systems)을 크게 확장하고, 향후 추가적인 합성 직교 신호전달 시스템 개발을 위한 명확한 전략을 제시하였다.
인식의 임계값을 넘어서면, 신호 분자들은 더 이상 반응을 유발하지 않는다. 연구자들은 이러한 돌연변이 분자 중 하나를 "복구"하여 반응이 다시 나타날 수 있는지를 확인했다 :
여러 차례의 연결 및 형질전환 시도를 통한 광범위한 스크리닝 결과, 아미노산 치환을 유발하는 비동의 돌연변이(non-synonymous mutations)를 포함하는 소수의 집락만 얻어졌다. PauR의 경우, 서로 다른 연결 및 형질전환을 통해 얻은 4개의 집락 모두에서 AHL 결합에 관여하는 세린인 S129에 점 돌연변이가 발견되었으며, 이는 자가유도물질 결합 도메인 내에 위치한다(그림 S2). PluR의 4개 클론에서도 비동의 돌연변이가 발견되었으며, 모두 아미노산 치환을 유발했다. 우리는 지속적인 발현이 대장균의 생존력에 심각한 영향을 미칠 것이라고 가정하고, 이를 극복하기 위해 L-람노스(L-rhamnose)를 이용하여 수용체 단백질의 발현을 조절했다(그림 4b). 그 결과, 기능적인(서열 분석을 통해 검증된) 구조체를 얻을 수 있었고, 이를 실험적으로 평가할 수 있었다.
그것은 마치 대화 중에 말하는 사람이 잘못 발음한 단어를 듣는 사람이 이해할 수 있도록 도와주는 것과 비슷했다. 돌연변이는 박테리아가 신호를 이해하는 데 도움이 되지 않았다. 마찬가지로 돌연변이가 신호를 듣는 박테리아가 더 나은 반응을 보이도록 도울 가능성은 낮다.
생명체의 특성으로서 쿼럼 센싱
돌(stone)은 쿼럼 센싱을 하지 않는다. 돌 하나가 주변에 얼마나 많은 돌들이 있는지 신경을 쓰고, 그 정보를 바탕으로 프로그램된 반응을 시작할 수 있을까? 어떤 진화론자들은 구름, 토네이도, 허리케인, 또는 기타 현상에서 나타나는 입자들의 집단적 행동을 예로 들고 있다. 그러나 이러한 현상들은 신호를 주고받고, 내장된 명령을 실행하여 반응하는 것이 아니다. 그저 물리법칙에 따라 반응할 뿐이다. 생명체는 다르다. 가장 작은 세포에서부터 가장 큰 고래나 삼나무에 이르기까지, 쿼럼 센싱과 같은 알고리즘적 과정은 생물과 비생물을 구분하는 기준이 된다.
쿼럼 센싱 신호전달 시스템은 원핵생물에 널리 분포하고 있으며, 새로운(즉, 이전에 알려지지 않은) 쿼럼 센싱 리간드가 지속적으로 발견되고 있다. 더욱이, 종간(interspecies) 및 심지어 계간(interkingdom) 신호전달 시스템에 대한 증거가 증가하고 있으며, 이는 세포간 신호 인식의 범위, 규모 및 복잡성을 확장하고 있다.
우리 몸 안에서도 면역계, 호르몬 신호전달, 혈액 응고 등에서 쿼럼 센싱의 사례를 찾아볼 수 있다. 또한, 장내미생물은 쿼럼 센싱을 이용하여 음식 섭취량과 건강 상태의 변화에 반응한다.(여기를 클릭).
저자들은 쿼럼 센싱이 생명체의 특징이라는 것을 알고 있다. 그들은 다윈의 진화론에 대해서는 어떠한 언급도 하지 않고 있었는데, 아마도 우리 인간은 지적으로 설계된 것을 보면 직관적으로 바로 알아차리기 때문일 것이다. 그렇지 않다면, 과학자들이 왜 공학 프로젝트로 그것을 모방하려고 하겠는가?
세포간 협력(cellular cooperation)은 고등생물의 특징 중 하나이다. 다양한 세포 유형으로 분화함으로써, 세포는 기능을 분담하고 전문화될 수 있다. 원핵생물 또한 더욱 복잡한 구조를 조직하는 방법을 개발해 왔다. 박테리아는 쿼럼 센싱(QS, 정족수 감지)라는 세포간 신호전달 방식을 통해 작은 분자들을 이용하여, 개체군 전체 또는 군집 전체 수준에서 행동을 동시화하고, 조직화함으로써, 박테리아의 생물막 형성, 식물 군집화 촉진, 다양한 병원성 인자 생성 등을 유도한다. 이러한 세포간 신호전달 시스템은 생명공학 분야에서 큰 관심을 불러일으켰으며, 군집 전체의 반응을 제어할 수 있는 잠재력은 미생물 치료법, 미생물 공장, 세포 컴퓨팅 분야에서 혁신을 촉발하고 있다.
조나단 맥래치(Jonathan McLatchie)는 2010년에 이 지면에서 쿼럼 센싱(QS)에 대해 글을 썼었다.(여기를 클릭). 그의 글에는 보니 배슬러(Bonnie Bassler)의 TED 강연이 인용되어 있는데(여기를 클릭), 다시 한번 볼 가치가 있다. 데니스 오리어리(Denyse O’Leary)는 2021년에 쿼럼 센싱을 인지 능력의 지표로 간략하게 언급했지만, 그 외에는 이 지면에서 거의 다뤄지지 않았다. 쿼럼 센싱에 대한 최신 소식을 정리한 이 글이 이 흥미로운 현상에 대한 더 많은 관심을 불러일으키기를 바란다. 어쩌면 이를 계기로 몇몇 지적설계 과학자들이 쿼럼 센싱을 진화론을 부정하는 또 하나의 특성으로 홍보하는데 앞장설지도 모른다. 그동안 우리 모두는 쿼럼 센싱을 특별한 고도 복잡성을 보여주는 또 하나의 사례로, 우연히 일어났을 가능성이 극히 낮은 특성의 한 사례로 활용하여, 설계 추론(The Design Inference)을 정당화할 수 있을 것이다.
*관련기사 1 : 박테리아 간 정보교환 메커니즘 찾았다 (2018. 6. 7. 연합뉴스)
https://www.yna.co.kr/view/AKR20180606065300017
세균끼리 대화하는 방법?! (2018. 7. 25. 이코노미사이언스)
https://www.e-science.co.kr/news/articleView.html?idxno=86022
쿼럼 센싱 억제로 ‘세균관리’ 새 지평 여는 쿼럼바이오 (2020. 3. 31. 약업신문)
http://m.yakup.com/news/index.html?mode=view&cat=12&nid=242423
박테리아와 상호작용 활용해 유해 미세조류 독성 억제 (2025. 1. 23. 동아사이언스)
https://www.dongascience.com/ko/news/69709
“피부 상처, 왜 잘 안 낫나 했더니”…바로 ‘이것’ 탓? (2025. 10. 17. 코메디닷컴)
‘황색포도상구균 간 대화·소통’이 주범…상처 잘 안 낫게 방해/연구팀, 이런 ‘세균 작전회의’ 막으면, 항생제 안 써도 상처 나을 것 기대
https://kormedi.com/2757233/
*관련기사 2 : 어류 3분의 2 물 속에서 소리 만들어 의사 소통 (2022. 1. 28. 연합뉴스)
https://www.yna.co.kr/view/AKR20220128156600009
거북도 말을 해왔다… 사람이 알기 어려웠을 뿐 (2022. 11. 5. 뉴스펭귄)
https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=12686
‘소통’은 인간에게만 중요한 것이 아니다 (2021. 4. 23. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/culture/book/992295.html
고래 노래 6만5511개 들어보니, 인간 언어 법칙 그대로 있었다 (2025. 2. 7. 조선비즈)
https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2025/02/07/BI5JAWBDYNAI7M5JX57N52GBII/
혹등고래 노래 속에… 인간 언어의 법칙이 (2025. 2. 10. 동아일보)
https://www.donga.com/news/It/article/all/20250209/130994626/2
AI가 향유고래 울음소리 약 9000개 분석했더니…"고래 노래에 알파벳 구조가?" (2024. 5. 10. AI 포스트)
https://www.aipostkorea.com/news/articleView.html?idxno=2123
동물들의 신호, 어떻게 의사소통을 할까 (2024. 4. 26. 시선뉴스)
http://www.sisunnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=209742
인간은 모르는 동물들의 ‘은밀한 의사소통’ (2019. 10. 19. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/605643.html
풀벌레 소리는 암컷을 유혹하는 사랑의 세레나데 (2012. 9. 18. 경남도민일보)
https://www.idomin.com/news/articleView.html?idxno=391509
매미 소리에도 사투리가 있다? (2018. 8. 7. YTN 사이언스)
https://m.science.ytn.co.kr/program/view.php?mcd=0082&key=201808071657399256
개미도 말을 한다 (2009. 2. 6. 경남신문)
http://www.knnews.co.kr/news/articleView.php?idxno=772294
새들도 문장으로 대화한다 (2016. 4. 15. 동아사이언스)
https://m.dongascience.com/news.php?idx=11350
"種이 다른 새들 간에 의사소통 가능" 연구 결과 (2018. 8. 3. 뉴시스)
https://www.newsis.com/view/NISX20180803_0000381945
코끼리도 서로 이름 부르며 소통할까 (2023. 9. 14. sputnik)
https://sputnik.kr/news/view/7102
이게 진짜 우리 개가 한 말? AI 통역기 정확도 봤더니… (2024. 1. 11. 조선일보)
https://www.chosun.com/economy/science/2024/01/11/BK5742F32BATLKAGXV7T7KA7BU/
고래·돼지·박쥐 울음소리, AI가 번역한다 (2022. 10. 3. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/economy/it/1061066.html
동물과 대화할 수 있는 시대가 다가온다... 인공지능이 동물 소리 학습 (2022. 10. 31. AI Times)
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식물도 의사소통하며 위협에 맞선다 (2018. 10. 22. KISTI)
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▶ 부정된 자연발생설
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출처 : CEH, 2026. 5. 2.
Science & Culture Today, 2023. 12. 13.
주소 : https://crev.info/2026/05/sct-quorum-sensing-skill-of-life/
https://scienceandculture.com/2023/12/quorum-sensing-a-clever-trick-by-microbes/
번역 : 미디어위원회
쿼럼 센싱 - 생명체에만 있는 또 다른 고유한 기술
(Quorum Sensing—Another Skill Unique to Life)
David Coppedge
가장 작은 박테리아에서부터 가장 큰 고래에 이르기까지, 쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지)과 같은 알고리즘적 과정은 생물과 비생물을 구분한다.
쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지) : 미생물의 영리한 전략
만약 당신이 비밀 임무를 수행하기 위해, 어둠 속에서 침투를 하고 있다고 상상해보라. 작전을 시작하려면 최소 12명의 동료들이 필요하다. 하지만 그들을 볼 수도, 말을 걸 수도 없는 상황에서 최소 인원이 모였는지 어떻게 알 수 있을까? 해답은 바로 쿼럼 센싱(quorum sensing, 정족수 감지)을 하는 것이다. 즉, 주변에 있는 동료들의 수를 조용히 세는 기술을 사용하는 것이다. 쿼럼(quorum, 정족수)이 충족되면, 임무를 시작할 수 있다.
오늘날 무선 통신 덕분에 상상 속의 비밀 임무는 식은 죽 먹기가 되었다. 시각이나 청각 없이도 팀원들은 휴대용 기기를 통해 암호화된 메시지로 동료들의 위치를 파악할 수 있다. 일상생활에서도 많은 사람들이 생일 파티를 열기 전에 애플의 "내 친구 찾기" 같은 앱을 이용해 가족 구성원의 위치를 확인한다. 우리는 쿼럼 센싱을 당연하게 여기지만, 사실 우리는 목적을 가진 지적 존재이다. MIT 대학에서 설계한 분산 로봇 시스템(Distributed Robot Systems)은 엔지니어들이 미리 프로그래밍해 놓은 생체모방 알고리즘을 사용하고 있다.(여기를 클릭).
놀랍게도 쿼럼 센싱은 박테리아가 항상 사용하고 있는 기술이다. 미생물은 동종 개체의 밀도가 일정 수준에 도달할 때까지 기다렸다가 활동을 시작한다. 이러한 능력은 박테리아나 점균류(slime molds)와 같은 미생물 뿐만 아니라(여기를 클릭), 곤충, 물고기, 새와 같은 집단행동을 보이는 고등 생물에서도 관찰되었다. 로봇 설계자들은 가장 단순한 생명체로부터 이러한 비법을 배우고 있다. 바로 보이지 않는 개체군의 구성원들과 소통하고 반응하는 방법을 말이다. 쿼럼 센싱(QS)은 상호작용의 개념을 세포 내에서 세포 간으로 확장하여, 개체 집단을 초생물체로 전환하고 있다. 이런 의미에서 박테리아 집단은 다세포 생명체인 것이다. 이는 다윈의 "단순한" 세포 개념에 도전하는 것이다. 한 운 좋은 돌연변이가 일어나 속해있던 원시세포 집단에서 벗어난 미생물은 의사소통과 행동을 조정할 수 없다면, 혼자서 생존할 수 있었을까?
쿼럼 센싱을 위한 요구 사항
쿼럼 센싱(QS)에 필요한 요소들을 생각해 보자. 가장 기본적인 구성 요소는 센서, 수용체, 그리고 반응 계획이다. 박테리아는 특정 분자들을 환경으로 방출함으로써 쿼럼 센싱을 수행한다. 박테리아는 표면에 동종 박테리아의 특정 분자를 인지할 수 있는 수용체를 갖고 있다. 유입되는 분자의 수를 측정하고, 특정 밀도에 도달하면, 신호가 유전자 발현 변화를 유발하여, 군집 내 다른 구성원들과 협력하여 미리 프로그램된 행동을 실행한다. 이러한 행동에는 생물막 형성, 이동 행동 변화, 방어기제 활성화 등이 포함될 수 있다. 일부 발광 미생물(bioluminescent microbes)은 특정 밀도에 도달했을 때만 발광한다.
우리는 쿼럼 센싱 알고리즘이 본질적으로 복잡하다는 것을 이미 알고 있지만, 실제 사례에서는 추가적 요구 사항들이 드러난다. 예를 들어, 조건이 변할 때 반응을 끄는 "쿼럼 억제(quorum quenching)"가 필요하다. 또한 박테리아는 들어오는 신호 분자의 유사성 정도를 구별해야 한다. Phys.org(2023. 11. 24) 지에 실린 쿼럼 센싱 관련 소식에서 핀란드 알토 대학(Aalto University)의 연구자들은 이 능력을 사투리나 외국어를 이해하는 것에 비유했다 :
"우리가 '세균 언어 검사'를 실시한 결과, 매우 유사한 언어를 사용하는 세균들은 서로 이해할 수 있다는 것을 발견했다. 마치 네덜란드 사람이 독일어의 일부를 이해하는 것과 같다. 또한 매우 다른 언어를 사용하는 세균들 간의 의사소통을 테스트해 본 결과, 그들은 전혀 이해할 수 없다는 것을 알게 되었다. 마치 핀란드 사람이 아랍어나 중국어를 사용하는 사람들과 대화를 나눌 수 없는 것과 같다"라고 연구를 이끈 박사 과정 학생 크리스토퍼 욘커고우(Christopher Jonkergouw)는 말했다.
군대에서 사투리를 사용해도 다른 병사들과 서로 의사소통을 하고 임무를 수행할 수 있다. 몸짓이나 표정을 통해 다른 문화권 사람들과도 소통할 수 있다. 하지만 해외여행을 해본 사람이라면 누구나 알듯이, 언어가 너무 다르면, 도저히 이해할 수 없는 지점이 온다. 중요한 것은 이해의 문턱을 넘어서면, 의사소통을 위해 더 많은 것이 필요하다는 것이다. 언어 교육, 스마트폰 번역 앱, 또는 통역사가 필요할 수 있다.
박테리아도 비슷한 문제를 갖고 있다.
알토 대학 연구자들은 160개 이상의 박테리아 '언어'들이 분자 '단어'들로 표현된다는 사실을 밝혀냈다. 구조적으로 유사한 분자들은 일정 수준까지 박테리아의 반응을 유발할 수 있지만, 그 이후에는 더 이상 반응하지 않는다. 이러한 지식은 항생제 내성과 같은 박테리아의 반응에 개입하고자 하는 과학자들에게 중요한 첫 걸음이 될 것이다.
연구자들은 이러한 도구를 사용하여, 박테리아 언어 간의 연결 관계를 정확하게 추정하고, 이해 가능성을 예측할 수 있음을 보여주었다. 이러한 발견은 연구팀의 새로운 치료제 개발을 더욱 정교하게 다듬는 데 유용할 뿐만 아니라, 생명공학 분야에도 중요한 의미를 지닌다. 박테리아의 언어들은 박테리아 군집 내 그룹 간의 작업 조율이나, 심지어 박테리아 마이크로프로세서(bacterial microprocessors, 박테리아를 유전공학적으로 처리하여 생물학적 컴퓨터 회로처럼 만드는 기술) 내에서도 활용될 수 있기 때문이다.
연구팀이 학술지 Angewandte Chemie(2023. 10. 25) 지에 발표했던 논문은 언어적 비유를 사용하지는 않았지만, 유사한 분자들에 대한 박테리아 반응의 한계를 결정하는 방법을 자세히 설명하고 있었다. 이전의 쿼럼 센싱(QS) 연구는 이러한 분자들 중 일부, 특히 호모세린 락톤(homoserine lactones, HSLs)에 초점을 맞추고 있었다. 사투리처럼 HSLs은 구조적으로 유사한 형태를 가진 분자들을 포함하는데, 이들은 "동족(cognate)"으로, 즉 같은 계열에 속하는 분자들로 간주된다.
본 연구에서는 일반적으로 사용되는 HSLs 쿼럼 센싱 신호전달 시스템을 넘어서, 리간드(ligands)의 화학적 다양성이 비상동 결합의 상호작용을 이해하고 회피하는 데 어떻게 중요한 원칙으로 작용할 수 있는지를 탐구하였다. 우리는 다양한 쿼럼 센싱 리간드의 화학적 다양성을 조사하고, 리간드 화학 구조의 다양성이 비상동 상호작용을 최소화한다는 가설을 바탕으로, 구조적으로 유사한 쿼럼 센싱 신호전달 시스템과 구조적으로 서로 다른 쿼럼 센싱 신호전달 시스템을 실험적으로 평가하였다.(그림 1). 이러한 접근 방식을 통해, 기존에 알려진 합성 직교 쿼럼센싱 신호전달 시스템(synthetic orthogonal QS signalling systems)을 크게 확장하고, 향후 추가적인 합성 직교 신호전달 시스템 개발을 위한 명확한 전략을 제시하였다.
인식의 임계값을 넘어서면, 신호 분자들은 더 이상 반응을 유발하지 않는다. 연구자들은 이러한 돌연변이 분자 중 하나를 "복구"하여 반응이 다시 나타날 수 있는지를 확인했다 :
여러 차례의 연결 및 형질전환 시도를 통한 광범위한 스크리닝 결과, 아미노산 치환을 유발하는 비동의 돌연변이(non-synonymous mutations)를 포함하는 소수의 집락만 얻어졌다. PauR의 경우, 서로 다른 연결 및 형질전환을 통해 얻은 4개의 집락 모두에서 AHL 결합에 관여하는 세린인 S129에 점 돌연변이가 발견되었으며, 이는 자가유도물질 결합 도메인 내에 위치한다(그림 S2). PluR의 4개 클론에서도 비동의 돌연변이가 발견되었으며, 모두 아미노산 치환을 유발했다. 우리는 지속적인 발현이 대장균의 생존력에 심각한 영향을 미칠 것이라고 가정하고, 이를 극복하기 위해 L-람노스(L-rhamnose)를 이용하여 수용체 단백질의 발현을 조절했다(그림 4b). 그 결과, 기능적인(서열 분석을 통해 검증된) 구조체를 얻을 수 있었고, 이를 실험적으로 평가할 수 있었다.
그것은 마치 대화 중에 말하는 사람이 잘못 발음한 단어를 듣는 사람이 이해할 수 있도록 도와주는 것과 비슷했다. 돌연변이는 박테리아가 신호를 이해하는 데 도움이 되지 않았다. 마찬가지로 돌연변이가 신호를 듣는 박테리아가 더 나은 반응을 보이도록 도울 가능성은 낮다.
생명체의 특성으로서 쿼럼 센싱
돌(stone)은 쿼럼 센싱을 하지 않는다. 돌 하나가 주변에 얼마나 많은 돌들이 있는지 신경을 쓰고, 그 정보를 바탕으로 프로그램된 반응을 시작할 수 있을까? 어떤 진화론자들은 구름, 토네이도, 허리케인, 또는 기타 현상에서 나타나는 입자들의 집단적 행동을 예로 들고 있다. 그러나 이러한 현상들은 신호를 주고받고, 내장된 명령을 실행하여 반응하는 것이 아니다. 그저 물리법칙에 따라 반응할 뿐이다. 생명체는 다르다. 가장 작은 세포에서부터 가장 큰 고래나 삼나무에 이르기까지, 쿼럼 센싱과 같은 알고리즘적 과정은 생물과 비생물을 구분하는 기준이 된다.
쿼럼 센싱 신호전달 시스템은 원핵생물에 널리 분포하고 있으며, 새로운(즉, 이전에 알려지지 않은) 쿼럼 센싱 리간드가 지속적으로 발견되고 있다. 더욱이, 종간(interspecies) 및 심지어 계간(interkingdom) 신호전달 시스템에 대한 증거가 증가하고 있으며, 이는 세포간 신호 인식의 범위, 규모 및 복잡성을 확장하고 있다.
우리 몸 안에서도 면역계, 호르몬 신호전달, 혈액 응고 등에서 쿼럼 센싱의 사례를 찾아볼 수 있다. 또한, 장내미생물은 쿼럼 센싱을 이용하여 음식 섭취량과 건강 상태의 변화에 반응한다.(여기를 클릭).
저자들은 쿼럼 센싱이 생명체의 특징이라는 것을 알고 있다. 그들은 다윈의 진화론에 대해서는 어떠한 언급도 하지 않고 있었는데, 아마도 우리 인간은 지적으로 설계된 것을 보면 직관적으로 바로 알아차리기 때문일 것이다. 그렇지 않다면, 과학자들이 왜 공학 프로젝트로 그것을 모방하려고 하겠는가?
세포간 협력(cellular cooperation)은 고등생물의 특징 중 하나이다. 다양한 세포 유형으로 분화함으로써, 세포는 기능을 분담하고 전문화될 수 있다. 원핵생물 또한 더욱 복잡한 구조를 조직하는 방법을 개발해 왔다. 박테리아는 쿼럼 센싱(QS, 정족수 감지)라는 세포간 신호전달 방식을 통해 작은 분자들을 이용하여, 개체군 전체 또는 군집 전체 수준에서 행동을 동시화하고, 조직화함으로써, 박테리아의 생물막 형성, 식물 군집화 촉진, 다양한 병원성 인자 생성 등을 유도한다. 이러한 세포간 신호전달 시스템은 생명공학 분야에서 큰 관심을 불러일으켰으며, 군집 전체의 반응을 제어할 수 있는 잠재력은 미생물 치료법, 미생물 공장, 세포 컴퓨팅 분야에서 혁신을 촉발하고 있다.
조나단 맥래치(Jonathan McLatchie)는 2010년에 이 지면에서 쿼럼 센싱(QS)에 대해 글을 썼었다.(여기를 클릭). 그의 글에는 보니 배슬러(Bonnie Bassler)의 TED 강연이 인용되어 있는데(여기를 클릭), 다시 한번 볼 가치가 있다. 데니스 오리어리(Denyse O’Leary)는 2021년에 쿼럼 센싱을 인지 능력의 지표로 간략하게 언급했지만, 그 외에는 이 지면에서 거의 다뤄지지 않았다. 쿼럼 센싱에 대한 최신 소식을 정리한 이 글이 이 흥미로운 현상에 대한 더 많은 관심을 불러일으키기를 바란다. 어쩌면 이를 계기로 몇몇 지적설계 과학자들이 쿼럼 센싱을 진화론을 부정하는 또 하나의 특성으로 홍보하는데 앞장설지도 모른다. 그동안 우리 모두는 쿼럼 센싱을 특별한 고도 복잡성을 보여주는 또 하나의 사례로, 우연히 일어났을 가능성이 극히 낮은 특성의 한 사례로 활용하여, 설계 추론(The Design Inference)을 정당화할 수 있을 것이다.
*관련기사 1 : 박테리아 간 정보교환 메커니즘 찾았다 (2018. 6. 7. 연합뉴스)
https://www.yna.co.kr/view/AKR20180606065300017
세균끼리 대화하는 방법?! (2018. 7. 25. 이코노미사이언스)
https://www.e-science.co.kr/news/articleView.html?idxno=86022
쿼럼 센싱 억제로 ‘세균관리’ 새 지평 여는 쿼럼바이오 (2020. 3. 31. 약업신문)
http://m.yakup.com/news/index.html?mode=view&cat=12&nid=242423
박테리아와 상호작용 활용해 유해 미세조류 독성 억제 (2025. 1. 23. 동아사이언스)
https://www.dongascience.com/ko/news/69709
“피부 상처, 왜 잘 안 낫나 했더니”…바로 ‘이것’ 탓? (2025. 10. 17. 코메디닷컴)
‘황색포도상구균 간 대화·소통’이 주범…상처 잘 안 낫게 방해/연구팀, 이런 ‘세균 작전회의’ 막으면, 항생제 안 써도 상처 나을 것 기대
https://kormedi.com/2757233/
*관련기사 2 : 어류 3분의 2 물 속에서 소리 만들어 의사 소통 (2022. 1. 28. 연합뉴스)
https://www.yna.co.kr/view/AKR20220128156600009
거북도 말을 해왔다… 사람이 알기 어려웠을 뿐 (2022. 11. 5. 뉴스펭귄)
https://www.newspenguin.com/news/articleView.html?idxno=12686
‘소통’은 인간에게만 중요한 것이 아니다 (2021. 4. 23. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/culture/book/992295.html
고래 노래 6만5511개 들어보니, 인간 언어 법칙 그대로 있었다 (2025. 2. 7. 조선비즈)
https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2025/02/07/BI5JAWBDYNAI7M5JX57N52GBII/
혹등고래 노래 속에… 인간 언어의 법칙이 (2025. 2. 10. 동아일보)
https://www.donga.com/news/It/article/all/20250209/130994626/2
AI가 향유고래 울음소리 약 9000개 분석했더니…"고래 노래에 알파벳 구조가?" (2024. 5. 10. AI 포스트)
https://www.aipostkorea.com/news/articleView.html?idxno=2123
동물들의 신호, 어떻게 의사소통을 할까 (2024. 4. 26. 시선뉴스)
http://www.sisunnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=209742
인간은 모르는 동물들의 ‘은밀한 의사소통’ (2019. 10. 19. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/605643.html
풀벌레 소리는 암컷을 유혹하는 사랑의 세레나데 (2012. 9. 18. 경남도민일보)
https://www.idomin.com/news/articleView.html?idxno=391509
매미 소리에도 사투리가 있다? (2018. 8. 7. YTN 사이언스)
https://m.science.ytn.co.kr/program/view.php?mcd=0082&key=201808071657399256
개미도 말을 한다 (2009. 2. 6. 경남신문)
http://www.knnews.co.kr/news/articleView.php?idxno=772294
새들도 문장으로 대화한다 (2016. 4. 15. 동아사이언스)
https://m.dongascience.com/news.php?idx=11350
"種이 다른 새들 간에 의사소통 가능" 연구 결과 (2018. 8. 3. 뉴시스)
https://www.newsis.com/view/NISX20180803_0000381945
코끼리도 서로 이름 부르며 소통할까 (2023. 9. 14. sputnik)
https://sputnik.kr/news/view/7102
이게 진짜 우리 개가 한 말? AI 통역기 정확도 봤더니… (2024. 1. 11. 조선일보)
https://www.chosun.com/economy/science/2024/01/11/BK5742F32BATLKAGXV7T7KA7BU/
고래·돼지·박쥐 울음소리, AI가 번역한다 (2022. 10. 3. 한겨레)
https://www.hani.co.kr/arti/economy/it/1061066.html
동물과 대화할 수 있는 시대가 다가온다... 인공지능이 동물 소리 학습 (2022. 10. 31. AI Times)
https://www.aitimes.com/news/articleView.html?idxno=147611
식물도 의사소통하며 위협에 맞선다 (2018. 10. 22. KISTI)
https://creation.kr/animals/?page=1#164039724
다시 시작된 논란.. 식물들끼리 전화를 한다? 바이오커뮤니케이션 연구 현장으로 가보자. (2023. 5. 30. 이코노미사이언스)
https://www.e-science.co.kr/news/articleView.html?idxno=90604
식물도 소리를 낸다고?...물부족하거나 줄기 잘리면 '딸칵' '펑' (2023. 3. 31. 뉴스트리)
https://www.newstree.kr/newsView/ntr202303310004
*참조 : 미생물들도 의사소통을 하고 있었다!
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세포는 "의사결정"을 한다 : 하지만 물질적 설계도가 어떻게 결정을 내릴까?
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똑똑한 단세포생물 점균류
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식물은 땅속의 ‘곰팡이 인터넷’을 사용하여 통신을 한다.
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▶ 생명체의 초고도 복잡성
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▶ 부정된 자연발생설
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출처 : CEH, 2026. 5. 2.
Science & Culture Today, 2023. 12. 13.
주소 : https://crev.info/2026/05/sct-quorum-sensing-skill-of-life/
https://scienceandculture.com/2023/12/quorum-sensing-a-clever-trick-by-microbes/
번역 : 미디어위원회