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박테리아가 가진 자폭 스위치: Abi System
-빨간색으로 표시된 파지감염의 각 단계별 박테리아의 방어 체계. 부착 방지, 진입 차단, 파지유전자 절단, 조립 방해 등 다양한 방식이 존재한다 파지 감염을 인지한 박테리아는 방어 시스템을 작동시킨다 아예 부착 단계에서부터 외피나 통로를 변형시켜 버리거나, 제한효소와 같이 진입한 파지 유전자를 절단하는 시스템이 있는가 하면, 세포 내 조립을 방해하는 등 다양한 파지 방어 기작이 존재한다 파지 또한 박테리아에게 인식되는 부위를 삭제하거나 변형된 통로에 맞게 다시 자신을 변형하는 식으로 진화한다 [1] 이상은 파지 진입 초중기에 박테리아 자신을 살리면서 파지를 격퇴하는 방식인데, 결국 파지가 모든 방어를 돌파하고 복제 주기가 완성에 가까워지면 박테리아는 최후의 대응책을 발동한다 바로 불발감염 시스템Abortive infection (Abi)이다 [2] -Abi가 가동되지 않아 군집 전체가 감염되는 모델(위)과 Abi가 작동해 군집 대부분이 살아남는 모델(아래) Abi란 간단히 말해 자폭 스위치라고 할 수 있다 감염 말기에 이르러 방어가 불가능하다고 판단되면 박테리아는 스스로의 세포막을 분해하거나, 파지와 자신의 유전물질을 무차별적으로 절단하는 등 다양한 방법을 이용해 사멸(또는 가사 상태 돌입)한다 개체로서의 박테리아는 죽지만, 파지 또한 미완성이기 때문에 주변의 다른 동일 유전자 박테리아 군집을 감염시킬 수 없다 넓게 보면 박테리아의 판정승인 셈이다 -TA시스템의 간략화 모델 Abi는 TA 시스템(Toxin-Antitoxin system, 독소-항독소)의 방식으로 발현된다 [3] 박테리아는 안정한 독소 단백질(Toxin)과 그와 결합해 무력화하는 상대적으로 불안정한 항독소 물질(Antitoxin)을 동시에 생산하는데, 평소에는 두 산물이 맞물려 상쇄되기 때문에 독성이 발현되지 않는다 그러나 바이러스가 침입해 세포 내 환경이 변화하면 항독소 물질 분해효소로 인해 안정성이 떨어지는 항독소 물질이 분해되고, 독소 단백질이 활성화될 수 있게 된다 (※TA시스템은 I-VI의 6가지 종류가 있으며 독소-항독소 물질의 결합이라는 기본 원리는 같음 독소 물질이 단백질인 것은 모두 동일하며, 각 유형별 차이는 항독소 물질의 성분에 따라 구분됨) Abi는 고균을 포함한 대부분의 원핵생물들이 보편적으로 가지고 있으며 간단하고 확실한 방법이기에 최초로 발생한 면역체계라고 여겨진다 그러나 이렇게 확실한 자폭 스위치가 있는데도 아직까지 파지들이 복제되고 박테리아를 감염시킬 수 있는 이유는 무엇일까? 파지 입장에서도 대응법을 개발했기 때문이다 자폭스위치가 있다면 못 누르게 하면 된다 -(A)독소와 항독소 단백질이 결합해 상쇄되는 일반적인 상태 (B)다른 파지 감염시 항독소 물질이 분해되어, 정상적인 Abi발현으로 파지 복제가 억제됨 (C)T4파지 감염시 항독소 유사 단백질인 dmd를 인코딩해 Abi가 무력화됨 일부 대장균은 독소 단백질로 RnlA 라는 RNA 분해 효소를, 항독소로 RnlB 단백질을 Abi용으로 사용한다 그러나 이 대장균을 숙주로 삼는 파지 T4는 RnlB 유사체를 인코딩할 수 있는 dmd 유전자를 가지고 있어 독소 단백질과 결합해 무력화할 수 있다 그렇게 파지는 Abi를 정지시키고 정상적으로 복제를 마친 후 세포를 빠져나가며 주변의 대장균 군집을 감염시킬 수 있다 -A. ClpP가 항독소 물질을 분해하여 Abi가 활성화됨 B. 람다파지의 rexB 단백질이 ClpP를 차단해 Abi가 활성화되지 않음 위에서 보았듯 항독소 물질이 분해되는 것은 분해 효소의 효과인데, 이 쪽을 건드리는 경우도 있다 람다파지는 분해효소 ClpP 를 차단하는 RexB 단백질을 인코딩해 항독소 물질이 분해되는 것 자체를 막는다 [4] -최근 발견된 새로운 Abi시스템인 CBASS모델 파지 감지 단백질(노랑)이 파지를 감지하면(청록) AMP 분자들(보라, 자홍)을 고리형으로 가공해 Abi를 동시작동 및 가속화(빨강)한다 이것에 대한 박테리아의 맞대응도 더욱 정교해졌다 CBASS시스템(cyclic-oligonucleotide-based anti-phage signaling system)은 파지를 감지할 시 세포 내부에 있던 뉴클레오타이드 분자(AMP)들을 고리형으로 가공하는데, 가공된 뉴클레오타이드(cGAMP)는 여러 abi시스템을 동시다발적으로 작동시키고 가속화하는 메신저 역할을 수행해 파지의 대응보다 빠르게 사멸에 도달하게 한다[2] -CBASS를 무력화하는 파지의 전략 그러나 파지는 CBASS조차 무력화하는 단백질들을 인코딩하도록 진화해 나갔다 파지가 인코딩한 효소 Acb1은 고리형으로 가공된 뉴클레오타이드를 가수분해해 선형으로 펼쳐 버리며 무력화해 사멸 가속화를 차단한다 또한 Acb2는 cGAMP가 전달되지 못하게 흡착해 버리는 등 여러 방식으로 CBASS를 방해한다 이에 박테리아는 CBASS 무력화 유전자를 가진 파지를 가장 민감하게 감지하도록 진화했는데, 역으로 파지는 해당 유전자를 도로 삭제하는 방식으로 진화해 감지를 피하기도 한다 [5] -사멸하지 않고 가사 상태로 들어가는 세포 한편 Abi 시스템은 대부분이 세포 사멸로 이어진다고 간주되었으나, 실제로는 가사 상태에 돌입할 뿐 실제 사멸 단계로 진행되는 경우는 적다는 주장도 존재한다 [6] 많은 미생물학자들이 단순히 세포 내에서 독성이 발현되고 불완전한 바이러스가 관찰되기만 하면 섣불리 세포 사멸이라고 결론짓는 경우가 많았으나 실제로는 가사 상태일 수 있다는 내용이다 파지의 복제 속도는 숙주의 활성도가 큰 영향을 끼치는 만큼 가사 상태에 들어가면 복제는 느려지고, 그 틈을 이용해 면역체계를 재가동하고 파지를 격퇴한다는 것이다 이 주장은 파지와 함께 사멸한 줄 알았던 박테리아에 영양분을 공급해 주자 다시 소생하는 경우가 있다는 점에서 나왔다 -대장균에 감염을 시도하는 파지. 아직 유전물질을 주입하지 않아 머리 부분이 가득 차 있다 미생물학자들은 이런 바이러스와 생물 간의 공방을 ‘군비 경쟁’ 이란 적절한 명칭으로 비유한다 상대를 죽이고 살아남기 위해 수십억 년 동안 이어지는 보이지 않는 대전쟁인 셈이다 이 대전쟁은 지금도 멀게는 외딴 바다 속에서, 가깝게는 지금 우리의 손바닥 위에서도 쉬지 않고 계속해서 벌어지고 있다 1. Seed, Kimberley D. “Battling Phages: How Bacteria Defend against Viral Attack.” PLoS pathogens vol. 11,6 e1004847. 11 Jun. 2015 2. Lopatina, Anna et al. “Abortive Infection: Bacterial Suicide as an Antiviral Immune Strategy.” Annual review of virology vol. 7,1 (2020): 371-384. 3. Leplae, Raphaël et al. “Diversity of bacterial type II toxin-antitoxin systems: a comprehensive search and functional analysis of novel families.” Nucleic acids research vol. 39,13 (2011): 5513-25. 4. Gao, Zhengyu, and Yue Feng. “Bacteriophage strategies for overcoming host antiviral immunity.” Frontiers in microbiology vol. 14 1211793. 8 Jun. 2023, 5. Wang, Lan, and Leiliang Zhang. “The arms race between bacteria CBASS and bacteriophages.” Frontiers in immunology vol. 14 1224341. 28 Jul. 2023, 6. Fernández-García, Laura, and Thomas K Wood. “Phage-Defense Systems Are Unlikely to Cause Cell Suicide.” Viruses vol. 15,9 1795. 24 Aug. 2023
작성자 : ㅇㅇ고정닉
미국에 충격을 선사했던 러시아 우주인들
1. 세계 최초의 우주인 유리 가가린당시엔 자살행위나 마찬가지로 여겨졌던 유인 우주 비행에 성공엄청난 담력과 함께 훌륭한 인성, 겸손함으로 미국을 포함한 전세계인들의 사랑을 받았으나 34살의 나이에 세상을 떠난다그 유명한 "지구는 푸르다" 라는 명언을 남김2. 세계 최초로 우주멀미를 겪은 게르만 티토프당시 보스토크 2호에서 했던 주된 실험 중 하나는 "우주에서의 생리현상" 티토프는 무려 25시간이 넘게 비행을 했기 때문에 소변을 볼 수 밖에 없었다(가가린은 108분의 짧은 비행이었고, 그리고 탑승직전 그 유명한 소변 세레모니를 함)이 당시 소변의 경우는 소변팩을 마련해 처리할 수 있었지만 대변에 대한 처리는 매우 미약했다자세한 내용은 공개되지 않았지만 당시에는 우주비행전 지상에서 대변을 해결하고 우주에서 식사를 조절하여 대변을 참는(?) 방법이 지향되었다그리고 그는 최초로 우주에서 잠을 잔 사람으로도 유명한데, "무중력 상태에서도 아기처럼 자는 것이 가능하다" 는 명언을 남겼다3. 세계최초로 랑데뷰 비행에 성공한 안드리안 니콜라예프보스토크 3호와 4호가 각각 하루의 간격을 두고 발사하여 근접 궤도에서 동시 비행에 성공한 프로그램이었다당시 보스토크 4호에는 그 유명한 파벨 포포비치가 탑승하고 있었다두 비행사가 비슷한 궤도에서 교신을 주고 받았으나 약 5km 이상의 거리차가 있었기에 육안으로 서로를 식별하는건 불가능했다그 뒤에 나올 최초의 여성 우주비행사 테레시코바와 결혼한 것으로 유명하며 아쉽게도 포포비치에 비해 인지도는 밀리는편이다4. 마찬가지로 니콜라예프와 세계 최초로 랑데뷰 비행에 성공한 파벨 포포비치그는 사실 러시아인이 아닌 우크라이나인 최초의 우주비행사이다포포비치는 그 유명한 콜사인 "황금독수리" 로도 유명하다보스토크 3,4호의 비행 성공 이후 그는 소련의 우주비행 프로그램에서 매우 중요한 역할을 맡았고후에 소련의 달탐사 계획에도 매우 핵심적인 역할을 수행한다물론 소련의 달탐사 계획은 결국 좌절되었으나 이후에도 그는 1974년 소유즈 14호 임무를 수행하였으며 최초로 살류트 3호 우주정거장과 도킹하는 역사적인 미션에 성공하였다이 당시 이미 전설적인 존재였던 포포비치의 간지나는 콜사인 "황금독수리" 는 소련인들을 다시한번 전율시켰다5. 최초로 우주에서 5일 이상을 비행했던 발레리 비코프스키콜사인 "매" 로도 잘 알려져 있는 레전드 우주인이다그는 보스토크 5호의 비행사이자 최초로 우주선에서 5일을 비행하며 배변을 해결한 우주인이다테레시코바가 탑승한 보스토크6호와 함께 랑데뷰 비행에 성공하였으며 무려 5일간 우주에서 비행한 것으로 잘 알려져있다처음 계획은 8일간의 비행이었으나 비행 당시의 태양 플레어 활동량의 증가와 방사선 노출의 위험으로 5일로 단축되었다고 한다테레시코바가 2일의 비행 이후 지구로 귀환한 것과 달리 이후로도 식사와 대소변을 해결하며 5일의 비행시간을 기록했다이때 비코프스키가 기록한 5일의 우주비행시간은 현재까지도 깨지지 않는 최장시간 지구 궤도 단독 유인 비행 기록으로 남아있다그리고 5일간 머물면서 그는 우주선 내부에서 운동을 하며 우주에서의 근육 및 골밀도 변화를 테스트했으며 신체반응을 확인하였다특히 그가 소변을 해결하고 처리하는 과정에서 문제가 생겨 우주선 내부가 불쾌(?) 해졌다는 보고가 공식기록으로 남아있다그는 이 비행에서 우주선 내부의 배치 문제와 여러 문제들을 전체적으로 수정하는데 매우 중요한 역할을 했으며 지구 귀환 시 발견된 문제점 등을 보고하며 소련의 차세대 우주선 설계에 큰 영향을 미쳤다무려 5일간의 위험한 비행을 마치고 귀환에 성공한 그는 일약 소련의 영웅으로 떠올랐다1976년에는 소유즈22호 임무를 수행하며 살류트5호 우주정거장과 도킹하여 우주정거장의 시스템 점검 및 지구 관측 미션을 수행하였다소유즈 22호 임무 당시에 비코프스키는 지구 표면을 촬영한 것으로 잘 알려져 있으며 7일간 2,400장의 사진을 찍은 것으로 알려졌다이후에도 전설적인 존재였던 비코프스키는 1978년 소유즈 29호 임무를 수행하며 샬루트 6호와 도킹에 성공하였으며동독의 우주비행사 지그문트 얀과 협력하는 역사적인 임무를 수행한다우주에서의 생체실험 임무 수행후 비코프스키는 소유즈 29호에 탑승해 지구로 귀환하였다 6. 세계 최초의 여성 우주비행사 발렌티나 테레시코바보스토크 6호의 우주비행사였으며 보스토크 5호의 비행사였던 비코프스키와 랑데뷰 비행에 성공하였다그녀의 콜사인 "갈매기" 가 대중들에게 잘 알려져 있었으며 특히 그녀의 교신 내용인 "여기는 갈매기" 가 그녀의 상징이었다나중에 소행성 이름에 붙은 차이카(갈매기)는 테레시코바의 콜사인에서 유래된 것이다보스토크 3호의 우주비행사였던 니콜라예프와 결혼했으나 다시 이혼하였으며, 은퇴후에도 여전히 소련의 상징적인 존재로 여겨졌다그녀는 "다시 돌아오지 못하더라도 화성에 가보고 싶다" 라는 명언을 남겼다7. 세계 최초로 우주유영(EVA)에 성공한 알렉세이 레오노프보스호드 2호의 우주비행사 레오노프는 1965년 세계 최초로 EVA를 선보이며 전세계에 다시 충격을 선사한다이때 레오노프는 얼마나 기분이 좋았는지 온갖 명대사들을 다 읊어댔다 이 당시 레오노프가 했던 명대사들은 "나는 우주에서 혼자다." , "아름답다. 나는 살아있고 지구를 보고 있다.", "지금 가장 이상한 것은 침묵이다." 등등이외에도 많은 명대사들을 만들었다하지만 신나는 우주여행 이후 복귀하는 과정에서 모두가 아는 문제가 발생하였고 우주 미아가 될 위기에 처한다그는 결국 우주복을 거의 진공상태로 만들어 간신히 우주선에 탑승해 귀환에 성공하지만 잠수병으로 큰 고생을 해야했다그리고 하필 지구에서 착륙한 곳이 우랄산맥이었으며 이곳에서 늑대 무리와 조우해 박살난 우주선 내부로 들어가야했다레오노프는 늑대들에게 오랫동안 포위된 상태로 차가운 쇳덩어리 내부에서 시베리아의 혹독한 추위를 견디며 밤을 새야 하는 개고생을 해야했다이때부터 소련 우주비행사들에게 권총을 지급하기 시작했다어쨋든 레오노프는 귀환 이후 소련 영웅 메달을 받았으며 그의 EVA 영상은 전세계적인 충격을 선사하며 미국을 강타했다 하지만 미국이 아폴로 계획으로 달탐사에 성공하며 승승장구하던 소련의 우주산업은 한번에 역전되고 만다 이후에도 레오노프는 1975년 소유즈 19호의 사령관으로 아폴로-소유즈 도킹 임무에 참가하며 여전히 전설적인 존재로 여겨졌다
작성자 : 스갤러고정닉
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