2009. 12. 29. - 가장 작고 간단한 세포는 원핵생물(prokaryotes)들이다. 이들은 일반적으로 핵이 없거나 원시적인 핵을 가지고 있는 것으로 간주되어지는 세균(bacteria)과 고세균(archaea)들이다. 그러나 과학자들은 원핵생물들이 훨씬 더 복잡한 핵이 있는 진핵생물(eukaryotes)들에 있는 똑같은 많은 기술들을 가지고 있음을 발견하고 있는 중이다.
PhysOrg(2009. 12. 28)의 한 보고에 의하면, 가장 작은 독립생활 박테리아들 중에서 마이코플라즈마(Mycoplasma)의 한 종은 생각보다 훨씬 더 복잡하다는 것이다 :
가장 단순한 세포도 연구자들이 상상했었던 것보다 훨씬 더 복잡한 것으로 나타났다. 하이델베르그의 유럽 분자생물학 연구소(European Molecular Biology Laboratory, EMBL)의 누트(Vera van Noort)를 포함하여 연구자들은 Science 지에 게재된 3편의 논문들에서, 단세포의 한 완전한 그림을 최초로 제공하였다. 그 연구는 세균생물학(bacterial biology)에 중요한 새로운 통찰력을 제공하고 있다. 예를 들어, 세포에 핵이 없는 유기체인 원핵생물은 이전에 생각했었던 것보다 훨씬 더 진핵생물과 유사한 것처럼 보인다.
발견들 중에는 ”박테리아들은 이전에 생각했었던 것보다 훨씬 더 복잡한 방식으로 집합되어 있는 것으로 나타났다”는 것이다. 또한 많은 분자들이 여러 기능들을 다중으로 가지고 있음이 발견되었다. 예를 들면, 몇몇 효소들은 관련 없는 반응들을 촉매할 수 있었고, 몇몇 단백질들은 다중 단백질 복합체에 관여하고 있었다. 또 다른 놀라움은 ”DNA에 저장되어 있는 유전정보의 복사를 처리하는 RNA 집단인 전사체(transcriptome)의 조절이 놀랍게도 진핵생물의 조절과 매우 유사한 것으로 나타났다”는 것이다. 부가하여, ”그 연구의 또 하나의 놀라운 결과는, 세균은 유전체(genome)가 매우 작음에도 불구하고 극도로 유연(flexible)하다는 것이다. 즉, 세균은 주변 환경의 매우 큰 변화에도 그 대사를 적응시킨다”고 그 기사는 말했다. ”그러므로 더 복잡한 진핵생물처럼, 세균은 얻을 수 있는 먹이 원천과 스트레스 요인에 대해 빠르게 적응할 수 있다.”
PhysOrg 지가 언급했던 Science 지의 한 논문에 의하면, 이 작은 미생물에서 약 200개의 분자 기계(molecular machines)들이 발견되었다는 것이다.[1] 프로테옴(proteome, 단백질의 총합)에 있는 단백질들 중 적어도 90%는 적어도 하나의 단백질 복합체에 관여되고 있었다. ”그 연구는 분명 가장 작은 생물체에서 그 유전체의 구성과 조직으로부터, 또는 광범위한 전사 분석을 통해 직접적으로 추론될 수 없었던 예기치 못했던 프로테옴 복잡성의 평가를 허락했다.” 저자는 말했다. 그 미생물은 가장 작은 유전체를 가진 독자생존세포(free-living cell)들 중 하나이다. 그 미생물은 필수적 유전자들을 알아내기 위한 하나의 이상적인 생물체이다. 생명 현상을 나타내기 위해서는 얼마나 많은 유전자들이 필요할까? 그 답은 689개의 유전자들이 반드시 필요하다는 것이다. 그리고 이들 단백질들을 생성하는 유전자들의 많은 수가 여러 기능들을 같이 가지고 있다는 것이다. 그들은 커다란 계급적 복합체(hierarchical complexes)들에서 모듈식 플레이어(modular players)처럼 작동한다. ”우리의 분석은 다른 기능들을 위해서 유전자 생성물들의 연합적 사용을 의미하는 다기능성(multifunctionality)의 분명한 메커니즘을 포착하였다.” 그들은 말했다.
그 시리즈의 다른 두 논문도 이러한 반응을 반복하고 있었다. 유전체 감소에 대한 영향을 연구한 한 논문은 이렇게 말하고 있었다[2] : ”마이코플라즈마(M. pneumoniae)의 명백한 단순성에도 불구하고, 그것은 더 복잡한 박테리아들과 유사한 대사 반응들과 적응을 보여주고 있었다.” 세 번째 논문은 이렇게 말하고 있었다[3] : ”오페론(operons) 내에서 놀랍도록 빈번히 발현되는 이질성(heterogeneity), 환경적 변동에 반응하여 대안적 전사를 이끄는 오페론 구조의 변화, 이들 발현 변화(ｅxpression changes)들의 일부를 설명할 수도 있는 antisense RNA의 빈도 등은 박테리아에서의 전사 조절이 이전에 생각했었던 것보다 훨씬 더 진핵생물의 것과 유사함을 제시하고 있다.”
Science Daily 지의 기사는 박테리아에 있는 한 특별한 기능적 기교를 집중 소개하고 있었다. 대장균이 위산으로부터 보호되는 것을 도와주는 HdeA 라는 이름의 한 분자적 샤프롱(molecular chaperone)은 단백질들이 함께 뭉쳐지는 것을 방지하기 위해서 ”매우 독특한 서서히 방출되는 메커니즘(timed-release mechanism)”을 사용하고 있었다. 더군다나 그것은 풍차 또는 물레방아처럼 환경으로부터 에너지를 끌어들여 작동되고 있었다는 것이다.
[1] Kuhner, van Noort et al, ”Proteome Organization in a Genome-Reduced Bacterium,” Science, 27 November 2009: Vol. 326. no. 5957, pp. 1235-1240, DOI: 10.1126/science.1176343.
[2] Yus, Maier et al, ”Impact of Genome Reduction on Bacterial Metabolism and Its Regulation,” Science, 27 November 2009: Vol. 326. no. 5957, pp. 1263-1268, DOI: 10.1126/science.1177263.
[3] Guell, van Noort et al, ”Transcriptome Complexity in a Genome-Reduced Bacterium,” Science, 27 November 2009: Vol. 326. no. 5957, pp. 1268-1271, DOI: 10.1126/science.1176951.
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기억하라. 이 모든 복잡성이 가장 단순한 생물체로서 알려진 것 중 하나에 존재하는 것이다. 그 미생물은 단지 생명 유지에 필수적인 것만 가지고 있는데도, 200 여개의 분자 기계들과, 689 개의 유전자들을 가지고 있으며, 그 유전자들을 조합하는 여러 전략들과 다기능을 가지고 있으며, 순서대로 작동되고 있는 여러 단백질 복합체들을 만들어낸다. 이 생물체는 기생적 생활을 위해서 불필요한 것들을 모두 제거해버린 것처럼 보이는 프로테옴(proteome)을 가지고 있다. 그러므로 그것은 더 복잡한 생물체에서 시작되었을 것이다. 이것은 진화론에서 말하는 단순한 생물체가 복잡해진다는 진화가 아니다.
연구자들이 얼마나 자주 놀라는지를 주목하라. 그들은 ”이전에 생각했던 것보다” 훨씬 더 복잡함을 발견했다는 것이다. 그들이 놀라는 이유는 무엇일까? 왜냐하면 그들은 다윈과 같은 생각을 가지고 있었기 때문이다. 그들은 마이코플라즈마와 같은 미생물에서 원시적인 단순성이 발견될 것을 예상했었다. 그러나 그들이 발견한 것은 예상했던 것보다 훨씬 높은 수준의 질서와 조절을 발견한 것이었다. 한 유전자가 한 단백질을 만든다고 할지라도, 689 개의 유전자들은 많은 숫자이다. 그러나 이제 이들 유전자들의 많은 수는 다중적인 대안적 전사를 수행하고, 전사 활동의 조절자로서 일부 역할을 수행하며, 생성물인 단백질들도 여러 기능들을 수행하며, 단백질들의 많은 수가 다중 복합체에 있는 다른 단백질들과 다양한 방법들로 상호 관련되어 있다는 것이다. 다기능(multifunction)이나 다기능적(multifunctional)이라는 단어가 그 논문들에 수없이 등장한다.
하나의 기능을 하는 단백질 하나가 우연히 자연발생 하는 일이 얼마나 확률적으로 희박하며 불가능한지를 우리의 온라인 책은 보여주고 있다. 첫 번째 단백질과 조화되는 두 번째 단백질이 우연히 생겨날 확률은 더욱 적어진다. 상상해보라! 이렇게 689개의 단백질들이 우연히 생겨날 수 있었을까? 이것은 진화론이 결코 넘을 수 없는 어마어마한 장벽인 것이다. 그것은 생명체가 우연히 생겨났다는 주장을 완전히 박살내고 있는 것이다. 1972년에 계산된 확률은 최근 스테픈 메이어(Stephen Meyer)의 책 ”세포에 들어있는 서명(Signature in the Cell)”에서 더 강화되었다. (06/27/2009 Resource of the Week). 우리는 오랫동안 이 사실을 알아왔다. 1960년 대에도 이와 같은 확률을 계산했었다. 우리는 2010년에 새로운 계산을 하고 있는 중이다. 지시되지 않은 무작위적 과정들에 의해서 모든 동식물들이 출현하였다는 쓸모없는 다윈의 이론들을 폐기해버릴 시간이 되었다. 생명체들은 고도로 설계된 것처럼 보인다. 그것이 관측된 복잡성에 대한 합리적이고 논리적인 유일한 결론인 것이다.
*참조 : 박테리아, 생각보다 훨씬 더 '똑똑' (2010. 1. 20. 연합뉴스)
http://www.yonhapnews.co.kr/economy/2010/01/20/0302000000AKR20100120091100009.HTML
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