바이오인

핵심내용

해양 고세균 감염 바이러스 발견
- 지구 물질순환 및 기후변화 예측에 기여 -

□ 이성근 교수(충북대학교) 연구팀이 서해 해수에서 지구생태학적으로 매우 중요한 기능을 하는 고세균을 감염시키는

    바이러스의 분리에 성공했으며, 해양 고세균과 바이러스의 상호작용을 규명했다고 과학기술정보통신부(장관 유영민)은

     밝혔다.
    * 고세균(archaea, 고균) : 세균과 같이 핵이 없는 원핵생물이나, 유전적 측면에서 세균과 상이한 특성을 가지고 있는 생물군

□ 이 연구 성과는 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)' 7월 16일에 게재되었다.
    ※ 논문명 : Spindle-shaped viruses infect marine ammoina-oxidising thaumarchaea
    ※ 주저자 : 이성근 교수(교신저자, 충북대학교), 김종걸 박사(제1저자, 충북대학교)

□ 지구상에 가장 많은 3대 미생물 중 하나는 고세균이다. 열수구, 유황온천 등 극한 환경부터 일반 환경까지 다양한 곳에

    서식한다. 특히 해양 생태계 전체 미생물의 약 30%를 차지하고 있으며, 해양에서의 탄소 및 질소 순환에 핵심적인 역할을

    한다고 알려져 있다.
 ㅇ 해양 환경에서 중요 기능을 하는 미생물을 연구하기 위하여, 최근 이들의 군집과 활성을 조절하는 바이러스의 존재가   

     학계의 관심을 받고 있다. 그러나 해양 고세균의 바이러스로 추정되는 유전자만 보고되었을 뿐, 바이러스의 실체는 아직

     밝혀지지 않았다.

□ 연구팀은 서해 해수에서 특정 계절에 특이적으로 고세균의 개체수가 증가한 것을 관찰하고, 이를 토대로 지역 해수로부터  

    바이러스를 분리하는 데 성공했다.
 ㅇ 연구결과, 해양 고세균이 바이러스에 감염되면 질소의 산화작용이 멈추고, 유기물이나 비타민 B12 등을 방출한다. 특히

     숙주세포를 용해시켜 방출되는 다른 바이러스와 달리, 이 바이러스가 증식하면 마치 혹처럼 튀어나와 분리되는 `출아법ʼ

     으로 방출되는 것도 밝혀졌다.

□ 이성근 교수는 "해양에서 우점하고 있는 고세균을 감염시키는 바이러스의 발견을 통해 지구의 물질 순환을 이해하는 기반을

    마련하였다ˮ라고 연구 의의를 설명하며, "극한 환경에 존재하는 것으로 알려진 방추사(레몬) 형태의 바이러스를 발견함으로

    써, 향후 기후변화 예측에도 선도적으로 기여할 것이다ˮ라고 기대를 밝혔다.

□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다.

상세내용

 < 논문명, 저자정보 >

논문명
Spindle-shaped viruses infect marine ammoina-oxidising thaumarchaea

저  자

이성근 교수 (교신저자, 충북대학교), 김종걸 박사 (제1저자, 충북대학교)

< 연구의 주요내용 >

1. 연구의 필요성

 ○ 세균이 아닌 고균이 해양생태계 전체 미생물의 약 30%를 차지하고 있다는 사실이 밝혀지면서, 지구상에 가장 많은 3대

     미생물 중 하나가 되었다. 하지만 난배양성으로 인하여, 현재까지 해양 고균을 분리하여 연구한 사례가 매우 드물다.

 ○ 암모니아 산화 고균은 질소순환(특히, 질산화)에 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 지구 온난화와 오존층을 파괴하는

     아산화질소(N2O)를 발생시키는 미생물로 최근에 알려졌다.
 

 ○ 현재, 해양미생물학에서 가장 활발한 연구가 진행되는 분야는 1) 해양 환경에서 지구생태학적으로 매우 중요한 기능을 하는

    미생물들의 기능 규명과 2) 주요미생물들에 감염하여, 미생물들의 군집과 활성을 조절하는 바이러스를 연구하는 것이다.
 

 ○ 주요 미생물에 감염하는 바이러스가 많이 보고되고 있지만, 지금까지 해양 고균에 감염하여 고균의 군집과 활성을

     조절하는 바이러스에 대한 연구 결과는 발표 된 바가 없다. 다만, 분자생물학적 기법(메타지놈 분석)을 통해 해양 고균

     바이러스로 추정되는 지놈을 분리해서 보고된 사례가 있다.
 

○ 이번 연구를 통해, 세계 최초로 해양 고균을 감염시키는 바이러스를 분리함으로써, 해양 질소 및 탄소순환에 중요한 역할을

    하고 있는 해양 고균의 개체수 조절과 기후변화 관련 물질 순환 연구에 선도적으로 기여할 것으로 보인다.

2. 연구내용

 ○ 총 2 종의 해양 고균을 이용하여, 이를 감염시키는 바이러스를 발견하고자 하는 연구를 진행하였다. 이 중, 서해 해수에서

     분리한 해양 고균(strain SW)에서 바이러스에 의한 성장 저해 현상이 나타났다.

 ○ 계대 배양을 통해, 성장 저해 현상이 지속적으로 유지되는 것을 확인하였으며, 투과전자현미경(TEM, Transmission Electron

     Microscope) 을 통해 방추사(레몬) 모양[Spindle(lemon)-shape]의 바이러스 형태를 확인할 수 있었다. 지금까지 이러한

     모양의 바이러스는 해양에서 배양된 바가 없었다.

 ○ NSV (Nitrosopumilus Spindle-shaped Virus)로 명명하였으며, 이 바이러스는 해양 고균의 성장을 저해하며, 기존의

     박테리오파지와 같은 용균성(lytic) 생활사가 아닌 출아 (budding)법을 통해 바이러스 번식을 하는 것으로 밝혀졌다.

     NSV의 유전체 분석 결과, 기존의 알려진 고균 및 세균 바이러스와는 다른 특이한 유전체정보를 가진 새로운 과(Family)의

     바이러스로 제안하였다. 고균 Thaumarchaeota 문에서 최초로 발견된 바이러스로 알려지게 되었다. 

 ○ 레몬형태의 바이러스는 극한 환경의 고균에만 감염하는 것으로 알려져 있기 때문에, 레몬 형태의 바이러스는 극한 환경에

    적응하기 위해 필수적인 형태라고 알려져 왔다. 하지만, 이번 연구 결과, 레몬형태는 환경보다 숙주인 고균과 관련이 있다는

    것을 알게 되었다. 숙주인 고균이 초기 지구의 고온 환경에서 중온의 토양/해양환경에 적응하기 위한 진화를 거치는

    과정에서, 바이러스도 함께 일반 해양환경에 적응한 공진화(Co-evolution) 과정을 거쳤다는 것을 알 수 있었다.

3. 연구성과/기대효과

 ○ 이번 연구를 통해, 그동안 실체가 없었던 해양 고균에 감염하는 바이러스를 최초로 분리함으로써, 해양 환경의 물질 순환에

     중대한 역할을 하고 있는 고균의 개체 수 조절 및 그에 따른 전 지구적 물질순환에 대한 연구에 기여할 것으로 보이다.

 ○ 또한 고균과 바이러스 간의 상호작용을 연구함으로써, 해양 고균의 바이러스에 대한 면역시스템 규명 및 초기지구의

    극한환경에서 일반적인 환경으로 숙주 및 바이러스가 진화하는 과정을 규명할 수 있는 다양한 후속 연구를 위한 길을 열게

    되었다.

...................(계속)

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