고초균의 역설적 생존법…“느려야 살아남는다”

고초균(Bacillus subtilis)이 항생제 공격에서 살아남기 위해 의도적으로 성장 속도를 늦추는 독특한 생존 전략을 사용한다는 연구 결과가 나왔다.

22일(현지시간) 중국 바이오 전문매체 바이오온에 따르면, 미국 캘리포니아 대학교 샌디에이고(UCSD)와 위스콘신 대학교 매디슨 캠퍼스 공동 연구팀은 이 같은 내용을 국제학술지 '사이언스(Science)'에 발표했다. 이번 발견은 모든 박테리아가 최대한 빨리 성장하도록 설계되었다는 오랜 가설에 정면으로 도전하는 결과다.

연구는 10년 전 UCSD 연구팀이 고초균에서 대장균(E. coli)의 고전적인 실험 결과를 재현하려다 예상 밖의 결과를 얻으며 시작됐다. 항생제로 단백질 합성을 방해했을 때, 대장균은 단백질 합성 기계인 리보솜을 더 만들지만 고초균의 리보솜 수치는 변하지 않았다.

대부분의 박테리아 연구에 쓰이는 대장균은 영양분이 허락하는 한 가장 빠르게 증식한다. 불리한 환경에서도 가능한 한 빨리 번식해 일부라도 살아남을 확률을 높이는 전략이다.

반면 고초균은 다른 제어 스위치를 사용했다. 스트레스 상황에서 삼인산 구아노신(GTP) 수치가 감소하면, 단백질 원료인 아미노산 생산은 느려지지만 리보솜 수는 그대로 유지된다. 이는 공장에 기계는 가득하지만 원자재 공급이 끊긴 것과 같은 '탈동조화' 현상을 일으킨다.

결과적으로 고초균의 성장은 둔화되지만, 스트레스에 대한 내성은 오히려 강해진다. 연구팀은 이를 두고 고초균이 환경 조건에 따라 '빠른 성장'과 '강한 생존력' 사이에서 능동적으로 선택을 하는 것이라고 설명했다.

연구를 이끈 석준 UCSD 교수는 "박테리아가 생존을 위해 의도적으로 성장을 억제한다는 사실은 놀랍다"며 "이러한 '감속' 전략은 항생제 내성과 직접 관련이 있어, 박테리아의 스트레스 대응 방식을 이해하는 새로운 길을 열어준다"고 말했다.