심해 산호는 이전에는 알려지지 않았던 매우 작은 게놈을 가진 박테리아의 서식지입니다.

올덴부르크 대학(HIFMB)의 헬름홀츠 기능 해양 생물다양성 연구소의 일리아나 바움스 교수와 미국 리하이 대학의 사무엘 보센 박사가 이끄는 독일계 미국인 연구팀은 멕시코만의 두 심해 산호 조직에서 두 가지 매우 특이한 박테리아 종을 발견했습니다. 이 이전에 알려지지 않은 산호 공생체는 극도로 축소된 유전체를 가지고 있으며 탄수화물에서 에너지를 얻는 능력이 없다고 연구팀은 과학 저널 Nature Communications 에 게재한 논문에서 보고했습니다. 논문의 공동 저자인 바움스는 "이 종은 기능적 유기체에 필요한 유전자가 얼마나 적은지를 보여주는 인상적인 예입니다."라고 말했습니다.

연구팀은 멕시코만에서 300~900m 깊이에 있는 완전히 어두운 곳에서 발견되는 두 가지 연질 산호 종인 Callogorgia delta 와 Callogorgia Americana 의 여러 군집을 연구했습니다 . 연구자들은 이전에 알려지지 않은 두 가지 밀접한 관련이 있는 박테리아 종을 mollicutes 계통에서 발견했습니다. Mollicutes는 종종 식물, 동물 및 인간의 세포 위나 세포 내에서 기생충으로 살며 어떤 경우에는 질병을 일으킵니다. 연구자들은 유전적 분석을 바탕으로 두 박테리아를 할당할 Oceanoplasmataceae라는 새로운 과를 제안했습니다.

추가 조사 결과, 이 박테리아는 산호의 우세한 공생체이며 면역 방어 체계의 일부를 형성하고 영양소를 운반하는 젤라틴 조직층에서 산다는 것이 밝혀졌습니다. 한 종( Oceanoplasma callogorgiae )에는 다양한 대사 기능을 위한 단백질을 인코딩하는 유전자가 359개만 들어 있습니다. 다른 종( Thalassoplasma callogorgiae )에는 단백질 인코딩 유전자가 385개 있습니다. 비교해 보면 장내 박테리아인 Escherichia coli 에는 이러한 유전자가 4,000개 이상 들어 있는 반면 인간은 약 21,000개가 들어 있습니다.

아미노산은 그들의 유일한 에너지원이다

이렇게 줄어든 유전체로 새로 발견된 두 미생물의 신진대사가 어떻게 기능할 수 있는지에 대한 의문은 연구자들에게 여전히 미스터리로 남아 있습니다. "이 박테리아는 정상적인 탄수화물 대사를 위한 유전자, 다시 말해 탄수화물에서 에너지를 얻는 유전자를 가지고 있지 않습니다. 기본적으로 모든 생물이 가지고 있는 것입니다." 바움스가 설명했습니다.

지금까지의 연구에 따르면, 그들의 유일한 에너지원은 숙주 산호가 제공하는 아미노산 아르기닌입니다. "하지만 이 아미노산을 분해하면 아주 적은 양의 에너지만 공급됩니다. 박테리아가 그렇게 적은 양으로 생존할 수 있다는 것은 놀라운 일입니다."라고 보센이 말했습니다. 박테리아는 또한 숙주로부터 다른 필수 영양소를 얻습니다.

미생물이 순전히 기생충인지, 아니면 산호가 공생체로부터 어떤 식으로든 이익을 얻는지는 불분명합니다. 과학자들의 유전적 분석에 따르면, 두 박테리아 종은 CRISPR/Cas 시스템이라는 다양한 방어 메커니즘을 사용하여 이물질 DNA를 제거합니다. 이러한 시스템은 또한 생명공학에서 유전자를 편집하는 데 사용됩니다. 연구자들은 이러한 메커니즘이 숙주 산호에도 유용하여 병원균을 물리치는 데 도움이 될 수 있다고 가설을 세웠습니다. 또 다른 가능성은 박테리아가 아르기닌을 분해할 때 숙주에게 질소를 공급한다는 것입니다.

산호의 생태와 진화에 초점을 맞춘 연구를 하는 바움스에게 공생체는 이 다양한 동물 그룹의 역사에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있는 기회를 제공합니다. 연구자는 "산호가 유전적 청사진 측면에서 매우 단순한 동물임에도 불구하고 그렇게 많은 다른 서식지를 식민지화할 수 있다는 사실에 항상 놀랍습니다."라고 말합니다. 그녀는 공생체가 산호가 다양한 환경 조건에 적응하는 능력에 필수적이라고 설명합니다. "그들은 산호 자체에 없는 대사 기능을 제공합니다." 예를 들어, 얕고 빛이 가득한 물에서 사는 열대 산호는 광합성 조류에 의존하여 음식과 에너지를 얻습니다. 어둡고 영양분이 부족한 심해에 사는 많은 냉수 산호는 박테리아에 의존하여 영양분을 전환하거나 화학 화합물에서 에너지를 얻는 것으로 생각됩니다.

진화 생태학자이자 산호 전문가인 바움스는 올덴부르크 대학교의 헬름홀츠 기능 해양 생물 다양성 연구소(HIFMB)에서 연구를 수행하고 있으며 올덴부르크 대학교와 알프레드 베게너 연구소, 브레머하펜의 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터에서 공동 교수직을 맡고 있습니다. 바움스 교수와 보센 박사 외에도 브레멘의 막스 플랑크 해양 미생물 연구소, 킬 대학교, 미국 펜실베이니아 주립 대학교의 과학자들도 현재 연구에 참여했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241104112250.htm