생물체가 에너지를 얻는 방식 중 하나로 포식자가 피식자를 잡아먹는 사냥 활동을 들 수 있다
사냥 행위는 대부분 진핵생물 단위에서 존재하며, 대다수의 원핵생물들은 주변의 유기물을 이용해 스스로 에너지를 만들어 낼 수 있기에 사냥이라 부를 만한 행동이 잘 관찰되지 않는다
그러나 일부 박테리아는 에너지 획득을 목적으로 다른 세포를 공격하는 사냥을 할 때가 있다
-믹고코코스의 활성화 상태(노란 막대)와 휴지기 자실체 상태(초록 구)
대표적인 사냥꾼 박테리아로 믹소코쿠스 잔투스Myxococcus xanthus(이하 mx)가 있다
이 박테리아는 토양 환경에서 흔히 발견되는데, 군집 단위 협동 전술을 통해 다른 세포들을 사냥하는 특징을 가진다[1]
-mx군집이 이동하는 모습
Mx는 낮은 세포농도에선 개별적으로 흩어져 돌아다니고, 높은 농도에선 뭉쳐서 뻗어가나며 먹잇감을 찾는다
그러던 중 먹잇감을 감지하면 주위를 둘러싸 도망치지 못하도록 가둔다
mx 군집은 먹잇감 주위를 물리적으로 가로막을 뿐 아니라 지속적인 움직임으로 물살을 일으켜 이동 자체를 방해한다
-대장균에 부착하여 용해시키는 mx
이후 먹이 세포 표면에 미끄러지듯 부착하여 용해 효소를 분비해 죽인 이후 사체를 분해하여 에너지원으로 이용한다
-먹잇감을 사냥하며 특유의 잔물결 무늬를 형성하는 mx
mx군집은 돌아다니며 용해된 먹잇감 조각들을 쓸어 모으는데 이 과정에서 특징적인 잔물결Rippling 무늬가 관찰된다
만약 오랜 기간 먹이를 발견하지 못했거나 환경 스트레스가 높아질 경우에는 군집 내 동족 세포를 공격해 섭취하거나, 자실체를 형성해 휴면 상태로 들어간다
이후 환경이 좋아질 경우 다시 발아하여 위의 과정을 반복한다
이러한 mx의 협동 사냥 방식은 늑대들의 울프팩 전술에 비유되기도 한다
위 과정들은 쿼럼센싱Quorum sensing이라 불리는 미생물 간 신호물질 교환을 통한 의사소통 방식을 이용해 정교하며 일사분란하게 진행된다
Mx는 군집이 아닌 단일 세포 수준에서도 먹잇감을 사냥하고 분해할 수 있다[2]
그런데 단일 세포 수준에선 먹잇감을 죽인 이후의 행동에서 특이점을 관찰할 수 있었다
사냥 이후 계속 머무르며 사체를 전부 분해하는 mx의 비율은 28%에 불과했으며 72%에 달하는 mx들은 일부만을 용해한 뒤 그대로 사체를 떠나는 행동을 보였다
-mx의 대장균 생균과 사균에 대한 반응 차이.
대장균에 처리한 빨간색 형광 표지가 사라지는 정도에 따라 분해 진행 정도를 알 수 있다
그리고 먹이의 상태에 대한 반응 차이도 관찰할 수 있었다
먹잇감으로 살아있는 대장균과 열과 자외선을 가해 죽인 대장균을 각각 지급했을 경우,
생균에 대해서는 공격 이후 분해 과정에 들어가나 사균에 대해선 부착 이후 오랜 시간을 들여 상태확인 후 바로 분해 과정으로 들어갔다
이는 mx가 생사여부를 구분할 수 있다는 말이 된다
이에 대해 이미 죽어 있는 먹이에 공격물질을 분비하는 것은 자원 낭비가 될 수 있기에 시간을 들여 확인하는 방향으로 진화했다고 추측된다
또한 특정 조건에서 대장균이 mx 방향으로 이동하는 것이 관찰되었는데, mx가 먹이 유인을 위해 방출한 화학물질에 이끌리는 것일 수도 있다는 주장도 나왔다
-다양한 먹잇감을 분해하는 mx
mx는 다양한 박테리아 뿐 아니라 효모를 포함한 진균류까지 일부 분해 가능한 광범위한 식성을 지니고 있다
Mx가 먹이로 삼는 세포 종들은 외막을 두껍게 하거나 항생물질을 분비하는 등의 방식으로 저항하지만 가장 오래 버틴 먹이도 최장 14일 이내에 모두 분해되었다
포식성 박테리아는 mx 이외에도 10여 종 정도가 밝견되었으며 각각의 특성도 독특하다
가령 Bdellovibrio exovorus는 먹이 세포에 부착한 후 내용물만 흡수해 빈 껍데기만 남기는 뱀파이어 같은 사냥법을 가진다
이러한 포식성 박테리아들은 어느 장소에서나 흔히 발견되며, 인간의 장 내에도 발견된다[3]
다행히도 현재 발견된 모든 포식성 박테리아들은 인간을 포함한 포유류 세포에 전혀 공격성을 보이지 않았다
반면 이들의 먹잇감 중 인간에게 피해를 주는 미생물들도 다수 포함되기에 다방면의 응용 방안이 조심스럽게 연구되고 있다[4]
1.Keane, Ryan and James Berleman “The predatory life cycle of Myxococcus xanthus.” Microbiology (Reading, England) vol. 162,1 (2016): 1-11
2.Zhang, Wenchao et al. “Dynamics of Solitary Predation by Myxococcus xanthus on Escherichia coli Observed at the Single-Cell Level.” Applied and environmental microbiology vol. 86,3 e02286-19. 21 Jan 2020
3.Iebba, Valerio et al. “Higher prevalence and abundance of Bdellovibrio bacteriovorus in the human gut of healthy subjects.” PloS one vol. 8,4 e61608. 16 Apr. 2013
4. Alexakis, Konstantinos et al. “Predatory Bacteria in the Treatment of Infectious Diseases and Beyond.” Infectious disease reports vol. 16,4 684-698. 25 Jul. 2024
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