세균의 다양화와 유전적 동질성

세균은 다양한 방법으로 다양화를 반복 진화하고 있다. 태어난 순간부터 다음 분열 또는 죽을 때까지 환경의 영향을 직접 받고 버리기 때문에 다양화 · 진화 속도는 매우 빠르고 방법도 다양한다. 단세포 생물인 세균은 분열하여 자손을 늘리기 위해 분열된 두 개체는 기본적으로 동일한 게놈을 가진다. 

그러나 워싱턴 대학의 Samuel Miller 박사에 의해 세균은 분열시 딸 세포에 다른 비율의 세포 소기관을 계승시킴으로써 다른 특성과 행동을 가진 개체를 생성하는 것으로 나타났다. Miller박사는 2010년에 박테리아가 분열할때 c-di-GMP(cyclic diguanosine monophosphate)라는  보조 정보 전달 물질을 다른 비율로 딸 세포로 계승하는 것을 발견했다. 

보조정보 전달물질 정보전달 물질이 세포막의 수용체등에 결합하면 세포내 표적에 신호를 전달하는 역할을 한다. c-di-GMP는 세포의 행동에 큰 영향을 미치고 그 성격을 근본적으로 바꾸어 버린다. 예를 들면 녹농균은 이 물질을 높은 수준으로 가지고 개체는 활동성이 감소하고 표면에 접착하여 콜로니를 형성하지만, 낮은 수준에서있는 개체는 활동성이 높아 세포의 한쪽에 위치한 프로펠러를 이용하여 자유롭게 헤엄 치는. 이러한 특성은 세포에게 생명을 위협 것이므로 분열 후 즉시 영향을 줄 것이다. 

예를 들어, 박테리아는 영양향해 나아가거나 독극물에서 도망 치거나하는 데 주저하고 있지는 못하고 빨리 반응할수 없는 개체는 살아남을 수 없다. 또한 표면에 접착하여 식민지를 만들기위한 항생제에 대한 저항력을 높임으로써 생존 집단도 있다. 그래서 이번 Miller 박사는 c-di-GMP의 차이는 어떤 분자적 배경에서 나오고 결과 어떤 영향을 주는지를 연구했다.

녹농균은 분열시에 프로펠러를 한쪽 딸 세포에만 유전시킨다. 다른 하나는 바로 프로펠러를 합성할 수 있지만, 분열 직후 두 딸 세포는 매우 다르게 보인다. Miller 박사는이 때 프로펠러를 유전 딸 세포는 c-di-GMP를 분해하는 효소와이 효소를 활성화시키는 물질에走化性(영양 향해거나 독극물에서 도망 치거나하는 성질)에 관련 소기관도 동시에 유전하는 것으로 나타났다. 

이러한 소기관의 상호작용에 의해 c-di-GMP의 농도를 저하시켜 운동을 컨트롤 하고 있는 것 같다. Miller 박사에 따르면,이 같은 세포 소기관의 비대칭 유전에 의해 세균 다양성을 증가시켜 생존 확률을 올리고있는 것이라고 생각할 수 있다고한다. 이 발견은 왜 항생제 내성을 가진 세균의 콜로니는 항상 성장 속도가 느린 개체가 존재하는지 의문을 해결하고 또한 세균이 어떻게하여 요도 카테터와 정맥 라인에 접착하여 식민지를 생성 하는지를 설명 할 수있다.

현재 Miller 박사는 보조정보 전달물질의 농도를 빠르게 변화시키는 신호의 정확한 이해를 진행, 이 신호를 방지하거나 변화시키는 물질을 찾고있는 것 같다. 이러한 물질이 특정되면, 항생제등에 내성을 가진 세균에 이용하거나 항생제에 내성을 가진 표면에 퍼지는 바이오필름의 형성을 저지할수 있게 될 것이다.