발표자 중 Felisa Wolfe-Simpson 박사를 제일저자 및 책임저자로 하는 논문이 Science지에 발표되었습니다. Science지가 엠바고를 깼다는 말이 있는데 그렇다기 보다는 NASA와 Science 지가 발표 타이밍을 놓고 협의를 한 후 협의대로 일을 진행시킨 것이겠죠. 나사 기자회견 안내문에 부서장 밑에 이름이 나온 Felisa Wolfe-Simpson 박사 가 발표예정 업적에 가장 중요한 일을 했을 것이라 보고 박사의 발표논문을 잠깐 분석해서 예측해 보았는데 예측이 맞아서 다행입니다. 틀렸으면 저도 이글루스 제현 들을 낚을 뻔 했네요.
논문 내용을 말씀드리면. 연구진은 동부 캘리포니아에 있는 모노 호수의 호수 물에 비소가 고농도로 존재하고 있는 것에 주목하고, 호수 밑바닥의 침전물을 채취해서 호수 밑바닥과 비슷한 환경을 인공적으로 재현한 후 미생물 배양을 시도하였습니다. 배양조건 중 가장 중요한 것은 배양액에 최대한 인 (Phosphorus)이 없도록 하고 그 대신 비소를 다양한 농도로 첨가하여 배양을 시작하고, 한 배양액에 미생물이 자라면 그 배양액의 일부를 채취하여 새로운 배양액에다시 배양하면서 침전물에 남아있는 인 성분이 계속 희석되어 없어지게한 후, 이러한 조건에도 살아남은 미생물을 인이 완전히 존재하지 않는 조건에서 계속 배양하는 데 성공하여 비소를 인대신 사용하는 새로운 미생물 (GFAJ-1)을 발견하는데 성공했습니다. (배양의 최종조건은 40mM AsO4, 10mM Glucose, 0mM PO4 입니다.)
이 미생물을 배양해본 결과 비소와 인 둘다 이용하는 능력이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 그림1.에서 하얀세모는 비소,인이 없는 (-As/-P) 배양액에서의 GFAJ-1 의 성장이고, 검은 네모는 비소는 있고 인은 없는 (+As/-P) 배양액, 검은 동그라미는 비소는 없고 인은있는 (-As/+P) 배양액에서의 GFAJ-1의 성장 곡선인데 비소나 인 하나만 있는 환경에서 잘 자람을 알 수 있습니다.
<그림 1. GFAJ-1의 생장곡선 >
다음으로 비소가 세균을 구성하는 단백질, 세포막지질, DNA 등에 실제 구성요소로 존재하는지 조사하기위한 실험을 하기위해 비소의 방사성동위원소 (75As)를 (+As/-P) 및 (-As/+P) 배양액에 섞어 넣고 GFAJ-1을 키운후 조사하여 보았는데, 단백질, 세포막지질, DNA에 모두 75As 가 검출 되었고, 그림 2 A에서 보듯이 세균의 genome DNA를 전기영동으로 분리하여 조사한 결과 +As/-P 환경에서 자란 세균 DNA에 75As가 더 많이 검출된다는 사실을 확인 하였습니다. (12C-이온에 대한 75As- 이온의 비율로 확인. 그림의 수치를 비교하세요.) 그리고 세균 전체에서도 비소의 분포를 확인 하였고요. (그림 2 B,C, 색이 노란색/붉은색일수록 75As- 이온이 더 많이 분포)
<그림 2 GFAJ-1 세포 내 비소 분포 분석>
다음은 X-ray 실험인데 Synchrotron에서 얻어낸 전자 빔을 GFAJ-1 세포에 쬐어 얻어낸 GFAJ-1 세포내 비소원자와 산소. 그리고 비소원자와 탄소원자 사이의 거리가 ATP, Acetyl-CoA, DNA 등 중요한 생체분자 내에서의 인과 산소, 인과 탄소원자간 거리와 유사하여 GFA-J 세포 내에서 비소가 인 대신 이러한 생체분자를 구성하는 중요원소일 것이다고 예측하며 논문을 끝맺습니다.
추가실험으로 뒷받침이 되어야 겠지만 이 논문의 주장이 확실하다면 생물학에 새로운 화두를 던지는 노벨상급 연구결과임이 확실합니다. 생물체의 구성원소에 새로운 원소를 등장시킨 연구 이니까요.
참고 문헌 : Wolfe-Simon et al. A Baterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus. Science 2010.
