경이로운 창조물들 - 생명체

미생물들도 의사소통을 하고 있었다!

미생물들도 의사소통을 하고 있었다!

(Microbes Talk More than People Do)

Randy Guliuzza Ph.D. 


    의사소통(communication)은 생태계를 구성하는 생물들에게 기본 요소인 것처럼 보인다. 사람과 동물은 공통 언어를 공유하고 있지 않아도, 여러 면에서 서로 의사소통을 할 수 있다. 네덜란드 생태학 연구소(Netherlands Institute of Ecology, NIOO-KNAW)의 흥미로운 새로운 연구 결과에 따르면, 서로 다른 종류의 미생물들 사이에서도 의사소통이 이루어지고 있다는 것이다. 그들은 몇몇 박테리아와 곰팡이들이 상호 통신을 위한 전달 매개체로 테르펜(terpenes)으로 알려진(7/23/2016), 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs)을 사용하는 몇몇 시스템 요소들을 발견했다. NIOO는 이 놀랄만한 사실을 다음과 같은 제목으로 보도하고 있었다 : "세계에서 가장 많이 사용되는 언어는 ... 테르펜"이다.

슈미트(Ruth Schmidt)와 그의 연구팀은 토양세균인 세라티아 플리무티카(Serratia plymuthica PRI-2C)가 곰팡이 푸사리움 쿨모룸(Fusarium culmorum)에 의해서 방출되는 VOC에 노출되었을 때, 운동성이 활발해지면서, 자신의 테르펜인 소도리펜(sodorifen)을 만드는 반응을 보였다는 것이다.[1]


지적설계된 것처럼 보이는 생물계의 시스템들은 진화론을 부정한다.

 

토양미생물은 환경에서 휘발성 유기화합물 비율의 변화를 감지할 수 있는 것처럼 보인다. 그런 다음 적절하게 자체 조정을 한다. 이전의 연구들은 휘발성 유기화합물이 종간(inter-species) 미생물 통신을 위한 ‘신호 분자(infochemicals)’로 사용된다는 것을 확인했다. 연구팀은 미생물들의 관계에서 휘발성 유기화합물이 "신호로 인식되는 방법"을 조사한 다음, 반응에 관여하는 조절 유전자들과 경로를 확인했다. 근권(rhizosphere, 식물 뿌리의 영향이 미치는 범위)에서 분리된 토양세균 S. plymuthica는 곰팡이 Fusarium culmorum에서 방출된 VOCs에 노출되거나, 또는 노출되지 않고 자란다. 곰팡이가 방출한 휘발성 유기화합물에 대한 박테리아 반응의 분자적 기초를 확인하기 위해서, 박테리아의 전사체(transcriptome)와 단백질군(proteome)이 각 상황 하에서 분석되었다. 

정교한 생체분자 시퀀스와 센서를 사용하여, 그들은 토양세균 S. plymuthica가 화학주성, 운동성, 신호 전달, 에너지 대사, 세포 외피, 테르펜 소도리펜 등과 관계가 있는 여러 유전자와 단백질들을 차별적으로 발현한다는 사실을 발견했다. 소도리펜의 생성은 곰팡이 F. culmorum에 의해서 탐지되는 것으로 보이며, "이러한 박테리아-곰팡이 대화에 관련되어 있었다.“


세계에서 가장 많이 사용되는 언어는... 테르펜이다. 미생물들은 냄새를 통해서, 서로 그리고 다른 세계와 통신한다.  - NIOO 보도자료


실험은 잘 설계되었으며, 연구팀은 결과를 정확하게 분리하기 위해서, 인상적인 기법을 사용했다. 따라서 그들은 "곰팡이의 휘발성 유기화합물은 토양세균 S. plymuthica에서 차별적으로 발현되는 화합물들의 생산을 유도한다"고 결론지었다.


설명이 필요한 부분

그러나 그들은 정확한 결론에 도달했던 것일까? 곰팡이가 박테리아의 유전자를 통제하여 그 생성물을 조절할 수 없다는 점을 감안할 때, 곰팡이가 실제로 박테리아의 밖에서 어떤 것이 발현되도록 박테리아를 유도할 수 있는 것일까? 그들의 결론은 엄격한 기술을 사용했음에도 불구하고, 정확한 것이라고 말할 수 없는 것이다. 왜냐하면 완전하고 정확한 결론을 제시하기 위해서, 식별되거나 설명되어야하는 주요 시스템 요소들에 대한 설명이 생략되었기 때문이다. 생물들의 기능이 지적설계된 것으로 분석될 수 없기 때문에, 그러한 생략은 진화론적 논문들에서는 흔히 볼 수 있는 일이다. 

연구자들은 다음과 같이 설명될 필요가 있는 편재되어 있는 현상을 관측했다 : "생물체들 간의 상호작용과 의사소통은 어떤 생태계를 이해하는데 있어서 중요하다. 다른 생물체들과의 의사소통에 있어서 정보화학물질(infochemicals)로 알려진 휘발성 유기화합물(VOCs)들이 핵심적 역할을 하고 있다는 것은 30년 이상 인정되어 왔다." 두 개의 독립적인 별개의 생물체들이 어떻게 함께 작동될 수 있는 것일까? 한 생물체가 생산하는 화학물질이 어떻게 다른 생물체에게 "정보" 또는 "신호"로 인식되는 이유는 무엇인가? 상투적으로, 증거가 없는 추정 이야기인 ‘공진화(coevolution)"라는 용어가 이러한 지식의 간격을 메우기 위해서 삽입되었다.


의사소통의 본질

그러나 두 개의 독립적인 개체들이 함께 작동되기 위해서는, 그들은 하나의 인터페이스 시스템(interface system)으로 연결되어 있어야만 한다. 몇몇 인터페이스(interface) 또는 브리징(bridging) 메커니즘은 모든 상호작용과 의사소통에 있어서 절대적으로 필요하다는 것이 최근 Creation Research Society Quarterly 지에서 보고됐었다.[2] 슈미트 등의 곰팡이와 박테리아의 상호 통신에 관한 보고에서, 연구자들은 그러한 요소에 대해서는 어떠한 것도 언급하고 있지 않았지만, 곰팡이와 박테리아 둘 다 3가지의 필수적인 인터페이스 요소들을 가지고 있는, 일종의 인터페이스임을 틀림없다.

. 자기와 비자기(self and non-self)를 구별할 수 있는 인식 메커니즘 

. 정보 및 자원의 교환을 관리하는 프로토콜(protocol) 규칙 및 과정들.

. 두 개체가 상호 접근할 수 있는 조건에서의 공통 매체.

이들 세 가지의 요소들은 인터페이스의 기본 기능을 달성하는데 있어서 필요한, 최소한의 상호작용을 하는 부분들이다. 부품들 중 하나라도 결여되어 있다면, 인터페이스 시스템은 작동되지 못하고 중단될 것이다.

생물체의 자체 조절은 항상 자신의 선천적 시스템을 통해서 이루어진다. 그 결과는 변화된 상황(내부 또는 외부)의 탐지에 의한 자가-조정이다. 따라서 곰팡이 F. culmorum이 방출하는 휘발성 유기화합물에 노출되거나 노출되지 않았을 때의 토양세균 S. plymuthica의 조절은, S. plymuthica의 구별된 경계를 위반함에 의해서도 아니고, 직접 그 시스템을 처리함에 의해서도 아니다.

곰팡이 F. culmorum은 (S. plymuthica와 같이 사용하는 공통 매체인) 환경으로 방출되는 휘발성 유기화합물을 생산한다. 토양세균 S. plymuthica 내의 프로토콜은 이러한 휘발성 유기화합물을 자극으로 인식하고, 바깥 경계면에는 이들 휘발성 유기화합물에 대한 특별한 탐지기를 갖고 있다. 반면에 다른 프로토콜은 자신의 유전자 생성물의 발현을 자체 조정하는 방법을 지정해 놓고 있는 것이다. 토양세균 S. Plymuthica는 운동성이 활발해지고, 소도리펜이라는 자신의 테르펜을 생산한다. 이 물질은 곰팡이 F. culmorum에 의해 검출될 수 있도록 공통 매체 내로 방출된다. 이것은 필수적인 특별한 감지기에 의해서 증강되어, 하나의 자극으로 특화된다. 그리고 내부의 프로토콜에 의해서 자가-조정된다. 이것으로 "박테리아-곰팡이 대화"가 가능하게 되는 것이다.


인터페이스가 진화할 수 있는가?

인터페이스는 죽음과 생존의 반복 과정을 통해서는 설명되기 어렵다. 한 생물체 내의 정보가 다른 생물체와의 관계에서 그 생물체가 얻기 원하는 결과를 예측하는 방식으로 기능하기 때문이다. 이러한 결과들은 다른 비자기(non-self) 시스템에 의해서, 특정 조건(즉, 특정 자극)을 감지한 후 시작되는, 자신들의 내부 과정들에 의한 특별하고 필요한 연속적인 최종 결과물이기 때문이다. 슈미트 등이 "곰팡이의 휘발성 화합물이 ...의 생성을 유도한다"라고 결론을 내렸을 때, 어떤 노출로부터 하나의 반응으로 바로 건너뛰는, 잘못된 설명을 했던 것이다. 미생물들의 의사소통이 어떻게 일어날 수 있는지에 대한, 모든 중요한 시스템 요소들을 생략한 채 건너뛰고 있었던 것이다.


.Schmidt, R. et al. 2017. Fungal volatile compounds induce production of the secondary metabolite Sodorifen in Serratia plymuthica PRI-2C. Scientific Reports. 7(862): 1-14. DOI:10.1038/s41598-017-00893-3 

.Guliuzza, R. J. and F. Sherwin, 2016. Design Analysis Suggests That Our “Immune” System Is Better Understood as a Microbe Interface System. Creation Research Society Quarterly. 53 (2):27-43.

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슈미트(Schmidt) 등의 연구 결론은 지적설계에 기초했을 때 더 잘 설명될 수 있다. 사람이 설계한 기계에서, 기능적 인과관계는 100% 설계된 프로그램 내에서만 발생한다. 생물체들 사이에서 발견되는 요소들의 상호작용에 대한 진정한 원인을 식별하고자 할 때, 지적설계 방법론은 모든 시스템 요소들을 설명할 수 있다. 지적설계 방법론은 정확성을 혼란스럽게 하는 요소들을 생략하거나 얼버무리지 않는다. 그리고 환경적 압력에 의한 공진화와 같은 입증되지 않은 미스터리한 추정 이야기로, 생물학적 인과관계를 잘못 설명하는 오류를 방지할 수 있는 것이다.


*관련기사 : 언어로 의사소통하는 미생물 (2012. 4. 11. 중부매일)

http://www.jbnews.com/news/articleView.html?idxno=432071

‘세균들의 수다’를 막아라 (2015. 4. 6. ScienceTimes)

https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%84%B8%EA%B7%A0%EB%93%A4%EC%9D%98-%EC%88%98%EB%8B%A4%EB%A5%BC-%EB%A7%89%EC%95%84%EB%9D%BC/

세균들 의사소통! 항생제의 손상까지 막을 수 있는 박테리아 커뮤니케이션 (2015. 3. 23. KISTI)

http://www.mdon.co.kr/news/article.html?no=3959

이나리. 세균의 의사 소통과 응용. Bulletin of Food Technology, Vol.23, No.3, pp. 367-374.

https://koreascience.kr/article/JAKO201056539826402.pdf


출처 : CEH, 2017. 5. 20.

주소 : http://crev.info/2017/05/microbes-talk-people/

번역 : 미디어위원회



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