생명의 다양성에 대한 빠르게 부상하는 게놈 청사진을 통해 광범위한 복잡한 서식지에서 자연적으로 발생하는 미생물 유기체를 연구하기 위해 현대 미생물학에서 일반적으로 사용되는 측정 도구, 데이터 유형 및 분석 전략. 크레딧: Cell(2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.08.028
컴퓨터 과학자 A. 무라트 에렌(A. Murat Eren)은 미생물학이 전 세계의 많은 문제를 해결하는 데 기여할 수 있다고 확신합니다. 이 인터뷰에서 그는 최근 수십 년 동안 이 분야가 이룬 놀라운 발전에 대해 이야기합니다.
<Q> 미생물은 평판이 좋지 않습니다. 그들은 비위생적이며 질병의 주요 원인으로 간주됩니다. 악당 집단으로서의 그들의 이미지는 정당화되는가?
<A> 아니요, 전혀 그렇지 않습니다. 미생물은 우리가 숨쉬는 산소의 대부분을 생산하고, 식물이 자라는 데 도움을 주고, 우리가 스스로 합성할 수 없는 화합물을 합성하고, 이러한 제한된 자원을 생명의 순환 속으로 다시 끌어들이기 위해 그것들을 분해하고, 우리의 모든 노력에도 불구하고 생태계가 무너지는 것을 방지합니다. 너희는 그들을 행성 건강의 감시자라고 부를 수 있을 것입니다.
<Q> 최근에 창간 50주년을 맞이하는 학술지 '셀(Cell)'에 리뷰 기사를 썼는데, 이번 호를 발간했습니다. 최근 수십 년 동안 미생물 군집에 대한 우리의 견해는 어떻게 변했습니까?
<A> 기술 발전 덕분에, 미생물학은 배양 중인 개별 유기체에서 자연 서식지의 복잡한 미생물 군집으로 초점을 확장할 수 있었습니다. 이를 통해 이전에는 상상할 수 없었던 풍요로움과 역동성이 드러났습니다. 이 군집은 해양 및 육상 시스템에서 살아있는 숙주에 이르기까지 지구상의 모든 생태계를 차지합니다.
내가 버클리 캘리포니아 대학의 동료 질리언 밴필드와 공동 저술한 이 논문은 미생물학 분야가 과학의 가장 중요한 분야 중 하나로 부상하고 있다고 주장합니다. 미생물학의 새로운 시대는 이미 미생물이 생명 학 및 생물의학의 발전을 통해 가장 시급한 문제를 해결할 수 있는 최선의 방법임을 입증했습니다.
<Q> 미생물학은 큰 문제를 해결하는 데 어떻게 기여할 수 있습니까?
<A> 매우 낮게 매달린 과일이 있습니다. 예를 들어, 환경 미생물과 그들의 유전적 레퍼토리에 초점을 맞춘 최근의 연구는 인간이나 식물의 게놈을 효과적으로 "편집"하여 회복력을 높이거나 유전 질환을 개선하는 데 도움이 되는 효소, 새롭고 더 효과적인 항생제 및 항진균 요법, 플라스틱을 분해하는 수단을 제공했습니다. 그러나 더 많은 것을 발견할 수 있습니다.
그러나 지구를 움직이는 미생물의 진정한 유전적 잠재력을 밝히기 위해서는 교육적 모범 사례에서 과학 자금 지원으로 우리의 사고방식을 바꿔야 합니다. 예를 들어, 우리의 리뷰에서 우리는 미생물학의 새로운 데이터 기반 방법을 전체 생태계에 적용하고 자연의 복잡성을 포용하고 예상치 못한 발견에 개방적이어야 한다는 점을 강조합니다.
그래야만 다음과 같은 가장 중요한 질문을 해결할 수 있습니다.
어떻게 하면 토양에 더 많은 탄소를 저장할 수 있을까요?
논이나 가축의 메탄 배출량을 어떻게 줄일 수 있을까요?
어떻게 하면 해양 플라스틱의 분해를 가속화하고, 농업 토양의 염류화를 줄이며, 지구의 지하를 이산화탄소를 저장하는 데 사용할 수 있을까요?
이 정도 규모의 질문의 경우, 자연 현상을 활용하는 것이 통제된 소규모 실험보다 우리의 이해를 향상시키는 데 더 많이 기여할 수 있습니다. 리뷰에서 언급했듯이 때로는 자연이 실험을 하도록 해야 하는 이유가 있습니다.
<Q> 미생물학의 새로운 시대를 특징짓는 것은 무엇입니까?
<A> 오늘날 우리의 과학 분야는 매우 데이터 중심적입니다. 자연 생태계의 복잡성을 이해하기 위해서는 학제적 접근이 필요합니다. 예를 들어, 저는 컴퓨터 과학자이며 생물 정보학 방법을 사용하여 미생물의 생태와 진화를 연구합니다.
미생물학 분야의 학제 간 연구 수준이 높아지고 계속 증가하는 새로운 분자 및 분석 도구 세트의 조정은 생명의 다양성에 대한 이해를 크게 확장하는 데 도움이 되었으며, 이로 인해 이 행성에서 우리의 위치를 고려할 때 겸손을 재고하게 되었습니다. 기계 학습과 인공 지능의 유입은 단백질의 3차원 구조를 예측하는 데 도움이 되었으며, 이는 단백질을 형성하는 진화 과정을 밝힐 뿐만 아니라 신약 및 생명 공학 도구의 개발을 촉진합니다.
전반적으로 현대 미생물학은 분자 생물학자, 컴퓨터 과학자, 생태학자, 모델러에서 화학자, 물리학자 등에 이르기까지 다양한 배경의 사람들이 함께 모여 복잡한 자연 서식지에 대한 미생물 생명을 조사하고 연구하는 점점 더 강력한 수단을 적용하여 21세기의 가장 시급한 질문에 대한 답을 찾는 곳이라고 말할 수 있습니다. 미생물학의 새로운 시대는 상상할 수 없는 미생물의 다양성을 밝힐 수 있는 사람과 도구의 다양성에 달려 있습니다.
<Q> 최근에 발견한 것 중 가장 흥미로웠던 것은 무엇인가요?
<A> 저는 바이러스에 대한 우리의 관점이 얼마나 빠르게 변화해 왔는지가 특히 흥미롭다고 생각합니다. 바이러스는 생명나무에 자리할 자리가 없지만, 천문학적인 숫자와 오늘날 우리가 인식하고 있는 엄청난 복잡성으로 인해 바이러스는 그 기원부터 생명의 모든 측면에 연루된 자연의 힘을 나타냅니다.
총체적으로 바이러스는 감염 시 숙주의 신진대사를 재프로그래밍하고, 식민지화와 경쟁을 방지하거나 촉진하여 주요 생태 과정에 영향을 미치고, 모든 생명 영역에서 게놈을 조작하여 진화를 가속화하고, 경우에 따라 동물의 생식 행동을 변화시키기도 합니다. 생명체가 무엇인지에 대해 생각하게 만듭니다.
그리고 약 30년 전, 일부 박테리아의 게놈보다 더 큰 게놈을 가진 거대한 바이러스가 발견되었습니다. 이후 이러한 바이러스는 모든 곳에서 발견되며 거의 신진대사와 같은 것을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 바이러스에 대한 연구는 미생물학 분야에서 활발히 진행되고 있으며, 거기에는 그럴만한 이유가 있습니다.
<Q> 생명나무에 포함되지 않은 다른 생물학적 구조가 있는지요?
<A> 네, 예를 들어 플라스미드입니다. 그들은 미생물학의 또 다른 흥미로운 분야를 대표합니다. 플라스미드는 염색체 외부에 있는 유전 요소입니다. 그들은 추가 유전자를 가지고 있으며 다른 박테리아 세포 간에 그리고 심지어 다른 유형의 박테리아 간에 교환될 수 있습니다. 그들의 복제는 호스트 셀에 따라 다릅니다.
그러나 그들은 어떤 경우에는 숙주에게 매우 중요한 건강 결정 요인(예: 항생제 내성 유전자)을 제공함으로써 이를 보충합니다. 그러나 자연 서식지에서 플라스미드의 다양성은 여전히 잘 이해되지 않고 있습니다.
염색체 밖에 있는 다른 유전 요소도 있습니다. 작년에 발견된 그러한 원소 중 하나는 스타트렉 시리즈에 나오는 종의 이름을 딴 "보그(Borgs)"입니다. 다른 유기체와의 관계가 아직 완전히 불분명한 다른 바이러스 유사 요소들이 올해에야 발견되었습니다. 그들은 원통형 모양 때문에 "오벨리스크"라고 명명되었습니다. 이것은 완전히 새로운 세계를 열었습니다.
이상의 기사는 2024년 9월 25일 Phys.org에 게재된 “Q&A: Expert says 'The new era of microbiology is highly data driven'”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Q&A: Expert says 'The new era of microbiology is highly data driven' (phys.org)
* 추가정보 출처 : Modern microbiology: Embracing complexity through integration across scales: Cell
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