미국 녹스빌 소재 테네시 주립대 연구진은 일반적으로 박테리아 연구에 사용되는 E-콜리 박테리아(대장균)보다 훨씬 `똑똑한' 것으로 알려진 질소고정균 아조스피릴럼 브라실렌스(Azospirillum brasilense)를 연구한 결과 이들은 환경 변화를 감지하고 이에 따라 어디로 이동할지 등 복잡한 결정을 내리는 능력이 뛰어난 것으로 밝혀졌다고 미국립과학원회보(PNAS) 최신호에 발표했다.
E-콜리 박테리아의 세포에는 감각과 정보처리 기능을 가진 수용체가 5개 있는 반면 질소고정균에는 48개나 있다는 사실은 이미 알려진 것이지만 각 수용체가 어떻게 박테리아의 행동과 적응 능력에 직접 영향을 미치는지는 아직 알려지지 않았는데 이 연구는 수용체를 분리해서 연구한 최초의 것이다.
연구진은 대기중 질소를 모든 생명체가 사용할 수 있는 암모늄으로 전환하는, 이른바 `질소 고정' 능력과 관련된 수용체를 집중 연구했다.
이런 능력은 박테리아에만 있는 것이지만 질소가 세포 구성물질로 융합되는 유일한 방식이기 때문에 모든 생명체의 생명을 좌우한다.
그러나 특정 효소에 의해 이루어지는 이 과정에는 산소가 필요하고, 이 효소는 산소 농도가 높으면 파괴되기 때문에 박테리아는 딜레마에 빠지게 된다.
연구진은 박테리아가 이 문제를 어떻게 해결하는지 보기 위해 수용체를 제거한 돌연변이를 만들어 보았으며 그 결과 `눈이 먼' 박테리아들은 산소 농도가 적당한 위치가 어디인지 찾지 못하는 것으로 밝혀졌다.
연구진은 더 나아가 수용체의 정확한 기능을 밝히기 위해 다른 과학자들의 생물학 컴퓨터 도움을 받아 수용체의 구조 모델을 만들어 이를 거의 원자 수준의 다른 구조와 비교했다.
그 결과 수용체의 감각 부위에 있는 100개 이상의 아미노산 가운데 어떤 것이 박테리아의 질소 고정 활동에 필요한 정확한 산소 농도를 감지하는지를 예측할 수 있었다.
연구진은 박테리아의 이런 능력을 유해 박테리아 퇴치용 맞춤형 신약 개발이나 농업 분야에 이용할 수 있을 것이라고 말했다.
<연합>
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