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생명의 정의를 흔드는 최소한의 세포

 (quantamagazine.org)
1P by GN⁺ 7일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 유전체가 극도로 축소된 단세포 생물이 발견되어, 생명체의 정의를 다시 생각하게 하는 사례로 주목됨
  • 이 미생물은 대사 관련 유전자 대부분을 잃어, 스스로 영양분을 처리하거나 성장할 수 없으며 숙주 세포에 완전히 의존함
  • 연구진은 이 고세균을 **Candidatus Sukunaarchaeum mirabile**이라 명명했으며, 23만8천 염기쌍의 원형 유전체를 가짐
  • 이 생물은 자기 복제에 필요한 최소한의 유전자만 유지하고, 리보솜 등 기본 발현 장치는 있으나 대사 기능은 거의 없음
  • 발견은 세포 생명의 최소 한계와 다양성을 확장하며, 생명과 비생명 사이의 경계를 재검토하게 하는 의미를 가짐

생명의 기본 구조와 새로운 발견

  • 세포는 생명의 기본 단위로, 대사·성장·유전물질 복제가 핵심 기능으로 여겨짐
    • 그러나 이번에 발견된 세포는 이러한 기능 대부분이 결여되어 있음
  • 이 생물은 유전체가 극도로 작고, 대사 관련 유전자가 거의 사라짐
    • 영양분을 스스로 처리하거나 성장할 수 없으며, 숙주나 세포 공동체에 의존해야 함
  • 연구진은 이 생물이 기존 생명 정의를 흔드는 사례라고 평가
    • “대사 없는 세포도 존재할 수 있다”는 점을 보여줌

극소 유전체의 확인 과정

  • 연구팀은 태평양 해수에서 **Citharistes regius**라는 와편모조류를 채집해 분석
    • 이 조류는 공생 남세균을 내부에 보유함
  • 유전체 분석 중 새로운 고세균의 DNA 서열이 발견됨
    • 길이는 238,000 염기쌍으로, 기존 최소 고세균(Nanoarchaeum equitans)의 절반 수준
  • 여러 기술과 소프트웨어로 재검증한 결과, 완전한 원형 유전체임이 확인됨
  • 새 생물은 **Candidatus Sukunaarchaeum mirabile**로 명명됨
    • 이름은 일본 신화의 난쟁이 신 ‘스쿠나비코나’와 라틴어 ‘기이한’을 조합한 것

준생명체의 스펙트럼

  • Sukunaarchaeum은 복제 관련 단백질만 최소한으로 보유
    • 대사 관련 유전자는 거의 전무
  • DPANN 고세균군에 속하며, 이들은 일반적으로 숙주 세포 표면에 부착하는 공생체로 알려짐
    • 그러나 Sukunaarchaeum은 이들 중에서도 가장 극단적으로 축소된 유전체를 가짐
  • 일부 연구자는 이 생물이 기생적 성향을 가진다고 분석
    • 대사 산물을 제공하지 못하고, 숙주로부터 일방적으로 자원을 얻는 구조
  • 다른 초소형 세균(Carsonella ruddii)은 더 작은 유전체를 가지지만, 숙주를 위한 대사 기능을 유지함
    • Sukunaarchaeum은 반대로 복제 기능만 남기고 대사 기능을 잃음
  • 바이러스와 달리 리보솜 등 유전자 발현 장치를 자체 보유
    • 따라서 바이러스와는 근본적 차이가 있음

생명 정의에 대한 논의

  • 연구자들은 Sukunaarchaeum이 독립 생존이 불가능하다고 평가
    • 그러나 세포 기관(예: 미토콘드리아)도 독립 생존이 불가능하다는 점에서 생명 정의의 경계가 모호함
  • 이 발견은 “언제부터 생명이라 부를 수 있는가”라는 철학적·생물학적 질문을 제기

미지의 최소 생명 형태

  • Sukunaarchaeum의 유전체 중 상당 부분은 알려진 서열과 일치하지 않음
    • 대형 단백질을 암호화하며, 숙주와의 상호작용에 관여할 가능성
  • 실제 숙주가 _C. regius_인지, 다른 고세균인지 확인되지 않음
    • 외부 부착형인지 내부 공생형인지도 불명확
  • 일부 연구자는 빠른 진화로 인해 대사 유전자가 식별 불가능할 가능성을 제기
  • 기존 분석법은 이런 초소형 유전체를 불완전 데이터로 간주해 배제할 수 있음
    • 따라서 유사한 생물이 이미 존재하지만 간과되었을 가능성
  • 전 세계 해양 데이터베이스 검색 결과, 동일 서열은 없었으나 유사한 서열 다수 발견
    • Sukunaarchaeum은 거대한 미생물 다양성의 일부분일 가능성
    • 미생물이 서로에게 기생하며 복잡한 생태적 관계망을 형성하고 있음
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GN⁺ 7일전  [-]
Hacker News 의견

  • 이번 발견은 정말 인상적임. 다만 이건 가장 작은 고세균(archaeal) 게놈이지, 전체 세균 중 가장 작은 건 아님
    논문에서는 C. ruddii (159k 염기쌍)을 언급하지만, Nasuia deltocephalinicola는 112k 염기쌍으로 알려진 가장 작은 세균 게놈으로 보임

    • 흥미로운 점은, 다른 초소형 생물들은 숙주를 위해 대사 산물을 만들지만 독립적으로 번식할 수 없음
      반면 이번에 발견된 Sukunaarchaeum은 오직 자기 복제에 필요한 단백질만 만들고 숙주를 위한 기능은 거의 없음
      즉, 238kbp 게놈은 복제에 필요한 최소 단백질만 암호화하고, 대사 관련 유전자는 거의 없음
      반면 159kbp 세균들은 숙주를 위한 아미노산·비타민 합성 유전자를 가지고 있음
    • 세부적으로 보면 고세균은 세균과 유사하지만 완전히 다른 생물 도메인에 속함
    • 112k 염기쌍이 우연히 의미 있는 조합으로 생길 확률은 거의 0에 가까움
      생명의 기원에 대한 여러 가설이 있지만, 현대 생명체가 이미 그 환경을 ‘먹어치워버렸을’ 가능성도 있음
      혹은 범우주적 기원(panspermia) 같은 더 근원적인 시나리오도 고려됨

  • 복제가 생명체의 가장 중요한 대사 행위 아닌가 하는 의문이 듦
    Sukunaarchaeum은 스스로 영양분을 합성하거나 성장할 수 없지만, 복제에 필요한 유전자는 유지하고 있음
    즉, 에너지와 재료를 숙주로부터 받아 자기 복제 조립은 가능함
    숙주가 제공하는 원재료가 얼마나 ‘완성된’ 형태인지, 그리고 이 고세균이 그 재료를 어떻게 활용해 복제하는지가 핵심 궁금증임

    • 많은 기생 생물도 비슷한 의존성을 보임. 그렇다고 해서 그들을 ‘비생명체’로 보진 않음
      결국 어디까지를 ‘자립적’이라 할지의 문제임
    • 어떤 면에서는 이 세포가 세균과 바이러스의 중간 형태처럼 느껴짐
      바이러스가 숙주의 세포 기구를 ‘하이재킹’하듯, 이 고세균도 숙주의 대사에 깊이 의존함

  • “이건 바이러스 아닌가?”라는 질문에 대해, 실제 논문에서는 tRNA와 rRNA를 암호화하는 유전자가 존재한다고 명시함
    이는 바이러스와 명확히 구분되는 생물학적 특징임
    원문은 bioRxiv 논문에서 확인 가능함

  • Carsonella ruddii의 게놈은 약 159,000 염기쌍(약 40KB)로, 일종의 ‘세포 펌웨어 최소 크기’ 처럼 느껴짐
    이렇게 단순한 세포라면 모든 염기쌍의 기능을 완전히 해석할 수 있을지도 궁금함
    이를 시각화한 인터랙티브 웹사이트를 만들면 흥미로울 것 같음

    • 유전학자들이 후성유전적 메틸화(epigenetic methylation) 를 유전 정보의 일부로 계산하는지도 궁금함
    • 이런 초소형 게놈은 마치 sectorlisp의 생물학적 버전 같음

  • 논문에 따르면 Candidatus Sukunaarchaeum mirabile은 238kbp의 초소형 게놈을 가진 새로운 고세균임
    이는 지금까지 알려진 가장 작은 고세균 게놈의 절반 이하 크기임

    • 비교하자면, 가장 작은 세균 게놈인 Nasuia deltocephalinicola는 약 139kbp 수준임

  • 기사 표현 중 “충격받은 연구자들”이라는 문구가 너무 과장된 듯함
    마치 ‘Biohacker Lab’ 유튜브 각본처럼 느껴짐

    • 그래도 실제로는 충분히 놀라운 발견임

  • 생명의 두 핵심 속성이 항상성(homeostasis) 과 복제(reproduction) 라면, 이를 잃은 이 세포는 비생명체로 볼 수도 있음

    • 하지만 그런 정의는 너무 경직된 시각임
      생명의 정의는 합의된 기준이 없고, 단지 자기 존재를 유지·강화하는 특성들의 집합으로 설명됨
    • 또한 이는 진핵생물 중심적 관점임
      단세포 생물의 복제는 훨씬 단순하며, 이 경우 ‘의무적 공생(Obligate commensalism)’ 이라는 표현이 더 적절함
    • 그렇다면 바이러스의 복제는 어떻게 분류해야 할까? 숙주와의 2단계 시스템인데도 생명으로 보지 않음
    • 실제로 많은 생명체가 환경 덕분에 항상성을 ‘외주’함. 인간도 혼자선 생존 불가능함

  • 이 고세균은 ATP를 어디서 얻는지 궁금함
    대사 기능이 거의 없다면, 숙주로부터 에너지를 전적으로 공급받는 구조일 가능성이 큼

  • 게놈은 일종의 ‘설정 파일(config file)’ 처럼 작동한다고 생각함
    세포 자체가 이미 복잡한 기구를 갖추고 있고, 게놈은 그걸 제어하는 플래그와 설정값에 불과함
    즉, 게놈 크기만으로 생명 복잡성을 논하는 건 오해의 소지가 있음

  • 생명의 정의가 너무 제한적임
    나는 “복제와 유전적 변이를 통해 진화할 수 있으면 생명”이라고 봄
    바이러스가 생명이 아니라고 하는 건 납득하기 어려움

    • 하지만 그 정의에도 문제는 있음
      불임 동물이나 유전자가 없는 적혈구는 살아있지 않은가?
      반대로 유전 알고리즘이나 필사본(manuscript) 도 복제와 변이를 가지는데, 그것도 생명인가?
    • 사실 원자, 기계, 불꽃도 이 정의에 들어맞음
      결국 ‘생명’은 명확한 경계가 없는 에너지 흐름을 이용해 형태를 유지·복제하는 복잡계일 뿐임
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