과학자들이 새로운 항생제를 개발하고 플라스틱을 분해하는 데 사용될 수 있는 다양한 해양 미생물을 발견했습니다.

지난 20년 동안 과학자들은 바다에서 수집한 미생물 게놈의 양을 크게 늘렸습니다. 이는 항생제 부족, 플라스틱 오염 솔루션, 게놈 편집과 같은 주요 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 미생물 게놈 정보를 생명공학이나 의학에 적용하는 것은 늘 어려운 일이었습니다.

중국의 BGI 유전체학 연구 센터가 산둥 대학교, 샤먼 대학교, 중국 해양 대학교, 덴마크 코펜하겐 대학교와 공동으로 진행한 "글로벌 해양 미생물 다양성 및 생물 탐사의 잠재력"이라는 제목으로 Nature에 발표된 새로운 연구에서, 영국 이스트앵글리아대학교(University of East Anglia)와 연구진은 해양 샘플에서 거의 43,200종에 달하는 미생물(박테리아, 고세균)의 게놈을 분석한 결과 138개의 서로 다른 개체군에서 광범위한 다양성을 발견했습니다. 이는 해양 미생물이 CRISPR Cas 시스템(면역 방어의 일부)과 항생제 내성 유전자의 균형을 맞추는 방법과 같이 게놈 크기가 어떻게 진화하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이들 유전자 중 다수는 미생물의 생존을 돕기 위해 항생제에 의해 활성화됩니다.

CRISPR Cas 시스템과 항생제 내성 유전자도 박테리아 면역 체계의 일부입니다. 연구팀은 컴퓨터 기반 방법을 사용하여 다양한 유기체의 면역 체계의 또 다른 중요한 구성 요소인 새로운 CRISPR-Cas9 시스템과 10가지 항균 펩타이드를 발견했습니다.

항생제, 항바이러스제, 항진균제, 항기생충제를 포함한 항생제는 인간, 동물, 식물의 감염을 예방하고 치료하는 데 사용되는 약물입니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 특정 약물의 남용으로 인한 약물 내성의 증가는 점점 더 많은 감염의 효과적인 예방과 치료에 위협이 되므로 새로운 유형을 찾는 것이 필요합니다.

연구팀은 또한 바다를 오염시키는 일반적인 플라스틱, 즉 또 다른 주요 환경 및 건강 문제인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 분해할 수 있는 세 가지 효소를 발견했습니다. 해양 메타게노믹스의 연구 결과가 실험실 실험을 통해 확인되어 잠재적인 실용성이 입증되었습니다.

East Anglia 대학교 환경과학부의 해양 ​​미생물학 교수인 Thomas Mock은 "이 연구는 해양 메타게놈학 분야를 '새로운 수준'으로 끌어올렸습니다."라고 말했습니다. 이 연구는 해양 미생물군집의 대규모 메타게놈 서열 분석이 해양 미생물 다양성과 진화 패턴을 이해하고 이 지식을 생명공학 및 의학에 적용하는 새로운 방법을 찾는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 강조합니다.

바다는 지구상에서 가장 크고 가장 중요한 생태계이며, 해양 미생물과 환경 사이의 상호 작용은 지구 규모의 탄소 고정 및 영양 순환과 같은 과정의 기초입니다. 이러한 상호 작용은 지구의 살기 적합성에 기여합니다. 염분도, 온도 변화, 빛 이용 가능성, 표면에서 해저까지, 극지방에서 열대 지방까지의 압력 차이와 같은 요인은 해양 미생물의 적응과 공진화에 영향을 미치는 독특한 선택 압력을 생성합니다.

이러한 통찰력을 바탕으로 연구자들은 메타유전체학에서 검색된 해양 미생물 게놈 라이브러리를 게놈 채굴 및 생물학적 탐색을 위한 핵심 자원으로 사용하여 새로운 유전 도구 및 생리 활성 화합물의 발견을 가능하게 합니다.
이러한 데이터는 극지방부터 극지방, 해수면부터 가장 깊은 해구까지 전 세계의 다양한 해양 환경을 다루고 있습니다. 이 연구는 약 24,200종 수준의 유전자 세트를 포함하는 새로운 공개 데이터베이스를 생성하여 해양 미생물군집에 대한 사람들의 이해를 크게 향상시킵니다.

연구원들은 "이전 연구들이 생물 다양성을 유지하는 데 있어서 해양 시스템의 역할에 대한 예비적인 통찰력을 제공했지만, 이번 새로운 연구는 이전 발견을 토대로 할 뿐만 아니라 해양의 지속 가능한 탐사와 활용을 위한 새로운 기회를 제공합니다"라고 밝혔습니다. 생화학 및 생물물리학 실험실 실험과 결합된 해양 미생물군에 대한 딥 러닝 기반 게놈 마이닝을 사용하여 이 작업을 발전시키면 항생제 부족 및 해양 오염과 같은 글로벌 문제를 해결할 수 있는 엄청난 잠재력을 보여줍니다. 이 연구는 인간의 웰빙을 개선하고 증진하는 데 있어서 해양 미생물군의 중요한 역할을 강조합니다.