념글에 나온 박테리오 파지.

달 착륙선을 닮은 기괴한 모양과, 생명체도 아니면서 동시에 무생물도 아닌 기묘한 성질을 가지고 있다.

더구나 그 생활상(?) 역시 독특한 점이 많아서 한번 알아보는 것도 재미있을 것 같아서 한번 글을 써본다.

박테리오 파지는 이름만 봐도 알겠지만, 박테리아를 감염시키는 바이러스다.

당연히 박테리아가 한가지 종류가 아닌 만큼 이세상에 존재하는 거의 모든 종류의 박테리아에 대응하는 박테리오 파지가 존재한다고 해도 과언이 아니다.

사실 박테리오 파지는 식성이 굉장히 까다로운 편이라, 한가지 종류의 박테리오 파지는 특정 종류의 박테리아만 감염시킬 수 있다.

이는 박테리오 파지가 자기 꼬리 (달 착륙선 지지용 다리처럼 생긴 저거) 의 표면을 특정 박테리아의 표면에 붙어있는 막 단백질이랑 결합할 수 있도록 진화해왔기 때문이다.

쉽게 얘기하자면, 세균이 도둑이 들어오는걸 막기 위해 담을 쌓고 입구에 특정 택배회사만 들어올 수 있게 보안문을 달았다고 치자.

그럼 박테리오 파지 입장에선 로젠택배로 위장한 파지만 그 세균 안으로 들어갈 수 있고 CJ나 한진, 롯데같은 회사로 위장한 파지는 들어가지 못할 거다.

마침 이 박테리오 파지는 자기에게 대응하는 박테리아를 찾아냈다.

그럼 박테리오 파지는 박테리아의 세포막에 안정적으로 부착한 뒤 자기의 DNA, 혹은 RNA 정보를 주입한다 (몸통에 들어가있는 저 실같은게 그거)

이런식으로. 

어떻게 박테리오 파지가 유전정보를 주입하는건지 확실하지는 않으나 몸통의 내부압력+기계적 구조+독특한 춤사위(?) 등의 다양한 방법을 사용한다고 알려져있다.

이때 박테리오 파지의 외벽은 어떻게 되나 궁금할텐데, 그냥 떨어지는 경우도 있고 그대로 붙어있을 때도 있다고 한다.

일부 학자들은 박테리오 파지의 공격을 받은 박테리아가 운좋게 살아남으면 막 융합이나 세포내 이입 등의 방법을 통해 흡수할 가능성도 있다고 하는데, 아직 그렇게 많이 연구된 주제는 아닌거같다.

일단 박테리아에 박테리오 파지의 유전정보가 전달되면 박테리아는 박테리오 파지의 생산공장이 되어 가지고 있는 에너지를 전부 박테리오 파지 생산에 투입하기 시작한다.

이 과정에서 엠볼라이신이라는 효소를 방출해 일정량 이상 박테리오 파지가 생산되면 박테리아의 세포벽을 분해, 박테리아를 파괴시키고 결국 새로 만들어진 박테리오 파지들을 폭발하듯 내뿜는다고 한다.

앞서 말했듯 박테리오 파지는 특정 종류의 박테리아만 감염시키는 성질을 가지고 있다.

그래서 그 특정 종류의 박테리아를 사용하는 산업체에서는 참 재앙같은 포지션을 보유하고 있었다. 예를 들면? 요쿠르트 공장 같은 곳.

온도도 정상이고 똑같은 우유로 똑같은 시간과 온도로 처리했음에도 불구하고 제대로 발효가 되지 않았는데 산도 검사를 해도 아무 이상이 없어서 과학자들이 연구를 시작했고, 1935년 뉴질랜드에서 유산균을 죽이는 박테리오 파지를 발견했다.

덕분에 요구르트 회사들은 일종의 박테리오 파지 연구의 최전선에 서게 되었고, 2007년 덴마크의 요구르트 회사, DANISCO에서 두명의 프랑스 식품과학자들은 박테리오 파지들의 공격에도 살아남은 유산균들을 연구한 끝에 CRISPR, 즉 유전자 가위 기술의 작동 메커니즘을 발표하는데 성공했다.

박테리오 파지의 공격에 살아남은 유산균이랑 유전자 가위 기술이 뭔 상관이 있냐고?

아까 위에서 박테리오 파지들이 자신의 유전정보를 주입하고 박테리아를 자신들을 복제하는데 사용했다고 얘기했다.

박테리오 파지들이 가진 유전정보는 일시적으로 박테리아의 유전정보에 저장된다. 

박테리오 파지들이 공격을 개시하면 박테리아는 이들의 유전정보를 '잘라내고' 자신이 가진 모든 종류의 유전정보와 '대조한 뒤' 만약 박테리오 파지들이 지닌 유전정보와 정확하게 일치하는 유전정보를 찾으면 그 부분을 잘라 없애버린다.

그러니까 만약 박테리아들이 박테리오 파지의 공격을 한번도 만나지 못했다면 쓸려나가는 수밖에 없고, 어떻게든 버티면 면역을 얻을 수 있다는 소리.

당연한 말이지만 이 발견으로 인해 인간들은 DNA 목표 절단 및 수선기능을 확보할 수 있었고 값싸게 유전자 편집 기술을 마음껏 활용할 수 있게 되었다.

대체 누가 요구르트 연구실에서 인간들이 원하는 DNA를 언제든 자르고 편집할 수 있는 기술을 얻을 수 있을거라 생각했을까?

게다가 다시 말하지만, 박테리오 파지는 특정 종류의 박테리아에만 적용된다. 일반적인 항생제들이 대부분의 세포들에게 치명적인 위해를 끼치고, 또 항생제 남용으로 인해 내성을 지닌 박테리아들이 양산되어서 더 강한 종류의 항생제를 개발해야하는 악순환에 빠지는 것과는 대조적인 부분.

이 때문에 대규모 항생제 제작에 어려움을 겪던 소련에서는 박테리오 파지들이 박테리아를 죽인다는 점을 이용해서 박테리오파지를 부상당한 사람들에게 항생제 대용으로 주입하기도 했으나, "특정한" 종류에만 대응되는 박테리오 파지의 특성상, 그리고 박테리아 죽이겠답시고 바이러스를 주입한다는 어처구니 없는 발상 때문에 서구 국가들 대부분은 파지 요법을 금지시켰고 소련역시 붕괴된 이후 서구에서 대규모로 자본이 들어오면서 저 파지 요법도 역사 속으로 사라지고 말았다.

그러나 최근에는 반대로 위에서 언급했던, 항생제 남용으로 인해 내성 박테리아들이 양산되고 있는 덕분에 멀쩡히 살릴 수 있는 환자들이 항생제 내성을 가진 박테리아에 감염되어 오랜시간 고통받거나 끝끝내 사망하는 경우가 많아져서 미국을 중심으로 다시 연구가 진행되고 있다.

박테리오 파지가 범용성 측면에서 항생제에 밀린 것과 달리 이번에는 항생제에 내성을 지닌 특정 박테리아만 죽이면 되니까 오남용 문제에서도 자유롭고, 또 특정 박테리아에만 작용하니까 안전성 문제에서도 자유롭다. 

박테리아들이 박테리오 파지에도 살아남은 유산균썰 처럼 항생제 내성을 지닌 박테리아가 박테리오 파지에도 내성을 지니면 어떻게되냐고? 박테리아들은 박테리오 파지에 내성을 갖게되면서 반대로 항생제 내성을 잃게 된다고 알려져있고, 박테리아 파지들 역시 숙주와 전쟁을 치르면서 조금씩 진화하고 있으며, 무엇보다 계속해서 새로운 항생제들이 개발되면서 파지에 내성을 가지게 된 세균은 그냥 항생제들로 죽이면 되기 때문에 문제 없다고 한다.

생각보다 흥미로웠던 박테리오 파지에 대한 이야기 잘 봐줬으면 좋겠고 만약 틀린 내용 있으면 댓글 달아줘...