믹소박테리아 (Myxobacteria)의 무리들은 음식을 찾아 광적으로 정기적인 간격을 두고 방향을 바꾸고 이전에 박테리아들이 온 방향을 거꾸로 바꾸어 움직여 자신의 원래 움직이는 방향으로 돌아갔다. 이러한 움직임에 대해 처음에는 연구자들은 당황했으며 왜 박테리아들이 자신들이 온 길을 되돌아가면서 에너지를 소비하는가에 대한 이유를 찾지 못했다.

캘리포니아의 스탠포드 대학의 미생물학자인 데일 카이저(Dale Kaise)와 인디아나의 노트르담 대학 (University of Notre Dame)의 마크 알버 (Mark Alber)와 연구진들은 믹소코커스 산터스 (Myxococcus Xanthus) 군집이 이 단기간 동안의 역방향의 움직임이 없이 움직이는 경우에는 질서가 없어지고 움직이는 속도가 늦어져 결국 움직이지 못하게 되는 컴퓨터 모델을 통해 이 박테리아의 움직임과 구조를 알게 되었다. 연구자들은 이 결과를 통해서 이 미생물의 이동흐름을 알 수 있게 되었고 엔지니어들은 로봇이 그룹으로 움직이도록 하거나 인공생명 생물학자들이 새로운 생물학적 엔진을 만드는데 도움이 될 수 있게 할 수 있다고 주장했다. 카이저는 “역방향의 움직임은 어리석은 것처럼 보인다. 이러한 움직임은 이 박테리아가 아무 곳으로도 움직이지 못하는 것처럼 보인다. 하지만 실제로 이들은 모든 방향으로 움직일 수 있다”고 말했다.

처음에 믹소박테리아는 일반적인 긴 지팡이 모양의 박테리아처럼보인다. 하지만 식량이 모자라는 경우에 수천 마리의 박테리아는 군집을 이루어 포자를 갖고 있는 복잡한 열매모양을 형성하여 점액질 모양에서 볼 수 있는 모양을 보인다.그리고 식량이 풍부한 경우에 이 박테리아는 함께 질서를 이루어 움직여 마치 일사분란한 물고기떼나 새떼처럼 움직인다. 이러한 군집을 형성하여 박테리아는 다른 세포의 층위 안에서 느슨해지고 영양분에 접근하는데 어려움을 겪는 군체의 중심을 벗겨내게 된다. 카이저에 의하면 믹소 박테리아는 매 8분 마다 방향을 바꾸고 때로는 세포를 바로 군집을 향해 되돌아가도록 하는 것은 이상해 보인다고 말했다.

역방향 이동은 또한 상당한 양의 에너지를 사용해야 한다. 믹소 박테리아는 두 가지 형태의 이동방법을 결합하여 갑자기 움직인다. 즉, 세포가 나아갈 수 있도록 뒤쪽에서 추진하는 끈적한 분출과 앞쪽에서 머리카락 모양의 구조를 가진 세포표면의 섬모 (pili)로 표면에 걸고 수축하여 앞쪽으로 나갈 수 있도록 한다. 방향을 거꾸로 움직이기 위해서 세포는 뒤로 돌리지 않고 섬모와 점액 분출물을 해체하고 반대방향으로 다시 이 두가지 요소를 결합하여 반대방향으로 나아간다.

연구자들은 믹소 박테리아의 행동과 세포 생물학적인 구조를 설명하기 위해 컴퓨터 모델을 개발했다. 이 모델을 통해 박테리아 군집은 세포가 매 8분 마다 방향을 거꾸로 움직일 때 빠른 비율로 확대되고 이것은 믹소 박테리아에서 관찰된 시간간격과 일치한다. 시간이 지나면서 이 역방향 이동은 좀더 질서정연한 군집을 형성하고 세포도 동일하게 움직여 서로 충돌할 수 있는 가능성을 줄인다. 이 모델에서 세포가 움직이게 되지만 반대방향으로 움직이지는 않도록 하게 되면 이들은 혼잡을 일으켜 군집을 형성하지 못하게 된다. 이 결과는 학술지인 에 발표되었다.

이번 발견을 통해서 역방향 이동은 박테리아에 옆에 있는 박테리아의 위치에 대한 정보를 제공하여 군집을 유지할 수 있도록 한다고 알버는 말했다. 비록 이들 박테리아 군집은 방향을 바꿀 때마다 지금까지 움직인 거리를 약간 잃게 되지만 박테리아가 이 방향으로 이동하게 될 때 좀더 많은 세포가 군집에서 떨어져 나가면서 이동이 방해된다. 결국 전체적인 움직임은 밖으로 움직이게 된다. 알버는 “개별 세포들은 역방향 이동을 위해서 많은 에너지를 사용한다. 하지만 전체 군집으로 보게되면 이러한 역방향 이동은 세포에 혜택을 준다”고 말했다.

출처: <네이처>지 2009년1월 20일자

원문: Wu, Y. , Kaiser, A. D. , Jiang, Y. & Alber, M. S. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.0811662106 (2008).

http://www.nature.com/

제공: kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.01.21 22:26

<저작권자 © 자닮, 무단 전재 및 재배포 금지>