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NASA-비소 미생물 확대 과장

ecobgri | 2016.06.06 11:28 | 조회 1836

NASA의 ‘비소 미생물’

비소 기반 미생물 발견, 생명체 개념을 엉뚱하게 확, 과학을 과장하며 세일즈

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비소 박테리아(GFAJ-1) 의 현미경 사진. 세포 안의 쌀알처럼 생긴 게 액포로 이 안에 비소가 농축돼 있다.

따라서 이 박테리아 (GFAJ-1) 는 비소를 이용하는 게 아니라 고농도 비소에 견디는 것뿐이라는 반박이 나왔다. (제공 사이언스)

 

'지구 생명체의 6대 구성물질 중 하나인 인(P) 대신에 독성물질인 비소(As)를 써서 DNA를 구성하는 새로운 생명체를 발견하다!'

 

`생명체 6대 원소' 통념 파괴..외계생명체 후보지도 확대

관련기사 `생명체의 필수 6대 원소'탄소(C), 수소(H), 질소(N), 산소(O), (P), (S)이 아니라 비소(As)를 기반으로 한 박테리아가 존재할 수 있다는 사실이 최초로 미국에서 확인됐다. 미국 항공우주국(NASA) 우주생물학 연구소와 애리조나 주립대학 연구진은 2(미 동부시간) "비소 성분이 아주 많은 캘리포니아주 동부 모노 호수(Mono Lake)의 침전물 속에서 신종 박테리아(GFAJ-1)를 발견해 배양하는데 성공했다"고 발표했다. 연구진은 "이 박테리아는 단지 비소를 먹는데 그치지 않고 독성원소인 비소를 박테리아의 DNA로 융합시켰다"고 밝혔다. 비소를 기반으로 한 박테리아의 발견은 생명체가 생존을 유지하는데 필요한 요소들에 대한 전통적인 개념을 허무는 것이며, 우주에서 생명체가 발견될 수 있는 잠재적인 장소가 확대될 수 있다는 것을 의미한다.

NASA 연구팀은 "이번 발견은 과학자들이 지구상 생명체의 다양성에 관해 얼마나 제대로 몰랐는지를 나타내는 것이며, 다른 행성이나 달에서 외계 생명체를 찾기 위해 탐색해야 하는 곳들이 늘어나는 것을 드러내는 것"이라고 말했다. 이 연구팀은 자연발생적으로 생성될 수 있는 박테리아가 생존하는데 필수적인 원소인 인(P) 성분은 아주 소량이지만 비소 성분이 가득 차 있는 캘리포니아 모노 호수에서 미생물 배양에 성공했다. 이번 연구의 핵심은 지구상에서 최고 독성 물질 중 하나로 알려진 비소가 일부 생명체가 생존할 수 있는 물질이 될 수 있음을 나타내는 것이다. 탄소, 수소, 질소, 산소, , 황 등 6대 원소는 단백질과 지방, DNA의 핵산을 형성하는 요소로 알려져 왔지만, 다른 원소들은 왜 필수요소가 되지 않는지에 대한 이론적 이유는 없었으며 단지 과학자들이 6대 원소 외에 다른 원소를 기반으로 하는 생명체를 발견하지 못했기 때문이라고 전문가들은 말했다.

 

http://news.dongascience.com/MEDIA/Photo/2012/07/13/20120713-24.jpg

비소 박테리아 발표 이후 이 실험을 반박하는 주장을 블로그에 올려

‘네이처’가 선정한 ‘2011년 화제가 된 10명’에 뽑히기도 한 캐나다 브리티시컬럼비아대 로즈 레드필드 교수. 최근 논문을 발표했다.

 

          미생물학자인 레드필드 교수는 NASA가 비소 박테리아 발견을 발표한 직후부터 자신의  블로그에 이 발표가 엉터리라며 조목조목 반박하는 글을 실어왔다. 그리고 한 걸음 더 나아가 자신의 실험실에서 비소 박테리아인 GFAJ-1을 비소 환경에서 배양하는 실험도 진행했다. 그 결과 연구자들은 ‘예상대로’ 결과를 재현하는데 실패했다. 레드필드 교수는 “우리가 말할 수 있는 건 DNA 어디에도 비소가 없다는 것”이라고 말했다. 이에 대해 펠리사 울프-사이먼 박사는 여전히 자신의 주장을 철회할 의사가 없다며 대신 자신의 주장을 좀 더 확실하게 입증할 실험을 계속하겠다고 밝혔다. 물론 ‘네이처’가 선정한 ‘2011년 화제가 된 10명’ 가운데 그녀의 이름은 없다.

 

DNA 분석 결과 비소 안 나와

NASA 발표가 있고 19개월이 지난 ‘사이언스’ 7 8일자 온라인판에 울프-사이먼 박사팀의 비소 박테리아 논문 결과와 정면으로 배치되는 논문 2편이 실렸다. 하나는 레드필드 교수팀의 논문이고 다른 하나는 스위스 취리히연방공대 줄리아 보홀트 교수팀의 논문이다. 두 논문에서 저자들은 울프-사이먼 박사팀에서 분양 받은 비소 박테리아로 실험한 결과 이들이 인 대신 비소를 써서 증식하는 현상을 관찰하지 못했고 액체크로마토그래피-질량분석기 같은 정밀한 장비로 DNA를 분석한 결과 분자 골격에 비소가 참여했다는 증거를 찾지 못했다고 주장했다

 

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Science 8일자 온라인판에 발표된 레드필드 교수팀의 논문에 나오는 박테리아 증식 데이터. 증식속도가 배지의 인산염(PO4) 함량에 비례해 빨라짐을 알 수 있다. 울프-사이먼 박사팀이 썼다는 인이 없는 배지는 사실 불순물로 인이 미량(3마이크로몰) 들어있었기 때문에 박테리아가 증식할 수 있었다(3=-P’ 곡선). (제공 사이언스)

 

레드필드 교수팀의 논문 리뷰

       
연구팀은 먼저 과거 울프-사이먼 박사팀이 사용한, 비소가 들어있고 인은 없는 배지(+As/-P)에 사실은 인이 미량 들어있다고 말한다. +As/-P에는 약 3마이크로몰(몰은 농도단위이고 마이크로는 100만 분의 1이라는 뜻)의 인이 포함돼 있었다. 그 결과 이 배지에서도 박테리아가 증식할 수 있었다는 것. 이를 증명하기 위해 연구자들은 인의 함량이 농도별로 정밀하게 조정된 배지를 만든 뒤 여기에 박테리아를 키웠다. 그 결과 박테리아 증식은 인 농도에 비례했다. 진짜 인이 없는 배지에서는 박테리아가 자라지 못했다.

또 박테리아에서 추출한 DNA에서 비소가 들어있었다는 울프-사이먼 박사팀의 ‘엉성한’ 데이터를 반박하기 위해 추출한 DNA를 수차례 씻어내는 과정을 더했다. 추출한 DNA에 존재하는 비소는 인 DNA 골격에 참여한 것이 아니라 비소 성분이 DNA가 침전될 때 딸려 붙어있게 된 것일 뿐이라는 것. 실제로 세척 과정을 거치자 비소가 거의 사라졌다
.

좀 더 확실한 검증을 위해 연구자들은 고도로 정제한 DNA 분자를 구성성분으로 쪼깬 뒤 액체크로마토그래피라는 장비로 성분별로 분리한 뒤 질량분석기라는, 분자를 이루는 원자성분까지 알 수 있는 장비로 분석했다. 그 결과 정상 DNA의 뼈대를 이루는 성분인 디옥시아데노신일인산(dAMP)의 존재는 확인했으나 비소가 인을 대신했을 때 나와야 할 디옥시아데노신일비산(dAMA)은 검출하지 못했다. 비소가 인을 대신해 생체분자에 참여했다는 주장을 반증하는 결정적인 증거다.

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액체크로마토그래피-질량분석으로 확인한 비소 박테리아의 DNA 뼈대를 이루는 성분. 왼쪽 데이터의 피크는 정상 DNA의 분해산물인 디옥시아데노신일인산(dAMP)이 존재함을 뜻한다. 박테리아가 인 대신 비소를 사용했다면 디옥시아데노신일비산(dAMA)이 있어야 하는데 분석 결과 검출되지 않았다(오른쪽). (제공 사이언스)

발견된 박테리아(GFAJ-1)는 비소 농도가 높은 미국의 호수에서 채집됐으며 독극 물질로 잘 알려진 비소 농도가 높은 배양액에서도 더디지만 그래도 성장을 지속하는 놀라운 특성을 나타냈다. 게다가 생명의 기본물질인 DNA에서도 인과 함께 비소 성분이 검출되고 비소가 비산(arsenate, AsO43-) 형태로 인산(PO43-)과 동일한 방식으로 탄소나 산소와 결합할 수 있는 것으로 밝혀져, 인·당·염기로 이뤄진 모든 생물의 디엔에이와 달리 인 대신 비소를 쓰는 ‘새로운 생명체’라는 해석을 낳았다.

science 에 실린 반박 글들도 비슷한 문제를 지적하고 있다. 반박 글에서 문제를 제기하는 요지는 대체로 두 가지 정도로 볼 수 있다. 하나는 '실험 방법의 신뢰성'이며 이와 관련한 의문은 박테리아 배양액과 디엔에이 분석 방법을 둘러싸고 제기됐다. 연구팀이 사용한 박테리아의 배양액에는 미량의 인은 여전히 남아 있으며, 그런 미량의 인이 비소 박테리아의 생존에 충분히 기여했을 수 있다는 것이다. 또한 디엔에이 검사 방법에서도 소홀한 점이 발견된다는 지적도 나왔다. 분석 대상인 디엔에이는 실험자나 주변의 DNA에 쉽게 오염될 수 있기 때문에 DNA 분석의 절차와 과정은 매우 조심해야 하는데, 기본적인 실험 수칙을 지키지 않았다는 의혹이 제기된다는 것이다.

 

이런 연구 방법과 절차에서 제기되는 의문과 더불어, 실험실에서 얻은 특정한 데이터를 두고서 어떤 적절한 결론을 내리는 게 타당한가를 둘러싸고 '해석의 적절성' 문제도 제기됐다. 연구팀이 얻은 실험실 데이터를 갖고서, 지구상에서 지금껏 발견된 적이 없는 비소 DNA를 지닌 생물체라고 추정하는 결론을 끌어낼 수 있느냐 하는 문제제기이다. 오히려 비소 농도가 높은 환경에서도 적응해 살아가는 또 하나의 극한 생물체(extremophile)로 보는 게 타당하지 않느냐 하는 것이다.

 

여러 상황으로 볼 때에, 세상을 떠들썩하게 했던 비소 박테리아의 발견과 그것을 둘러싼 논란은 해당 연구팀이 좀 더 분명한 새로운 후속 연구 결과를 제시하거나 제3자 연구팀들의 교차 검증 실험 결과가 나와야 확실하게 해명되고 풀릴 것으로 보이지만, 그 과정이 이른 시간 안에 이뤄지기는 쉽잖아 보인다. 그때까지는 '비소 박테리아'라는 신기한 지구 생명체의 존재는 '사실'이 아니라 '주장'이라는 지식의 지위에 머무를 것이다.



http://www.seehint.com/catalog/2010/2010_12/arsenite.gif

Arsenobetaine
비소는 인 phosphorus과 매우 유사하여 생화학반응에서 인대신 작용하는 경우가 많다. 독성 이하의 농도에서 수용성 비소는 stimulants로 작용하여 18세기에는 약으로 사용한 경우가 많았다.

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