다른 세균에 달라붙어 영양분을 빼앗는 미카비브리오의 사냥법

 

세균을 잡아먹는 세균이라고 하면 먹잇감의 세포 안으로 침입하는 모습을 떠올리기 쉽다. 그러나 Micavibrio aeruginosavorus는 먹잇감의 몸속에 들어가지 않는다. 다른 세균의 표면에 단단히 붙은 상태에서 영양분을 얻고, 먹잇감이 죽을 때까지 그 자리에서 성장한다.

이 세균은 1980년대 초 폐수에서 녹농균 Pseudomonas aeruginosa을 먹잇감으로 이용하는 균주로 분리됐다. 길이가 약 0.5~1.5마이크로미터인 작고 약간 굽은 그람음성 막대균이며, 먹잇감을 찾는 단계에서는 한쪽 끝에 달린 편모로 이동한다. 종소명 aeruginosavorus에도 녹농균을 먹는다는 의미가 담겨 있다.

분류명에는 주의가 필요하다. M. aeruginosavorus는 논문과 유전체 데이터베이스에서 널리 사용되는 이름이지만, 2026년 8월 현재 LPSN은 이 이름을 국제원핵생물명명규약에 따라 유효하게 공표된 학명으로 인정하지 않는다. 연구 대상이 불확실하다는 뜻이 아니라 공식 명명과 균주 기탁 요건을 모두 충족한 이름이 아니라는 의미다.

공격 단계에는 움직이지만 스스로 증식하지 못한다

M. aeruginosavorus의 생활사는 먹잇감을 찾는 공격 단계와 먹잇감에 붙어 성장하는 부착 단계로 나뉜다. 공격 단계의 세포는 편모와 화학주성 체계를 이용해 액체 속을 이동한다. 그러나 이 상태에서는 독립적으로 성장하거나 분열하지 못한다. 저장해 둔 에너지가 고갈되기 전에 적합한 먹잇감을 만나야 한다.

세균이 먹잇감과 접촉했다고 포식이 항상 시작되는 것은 아니다. 세포 표면의 물리적·화학적 특성을 식별한 뒤 쉽게 떨어지지 않는 상태로 부착하는 과정이 필요하다. 먹잇감의 외막에 있는 어떤 분자가 최종 인식 신호로 작용하는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았다.

ARL-13 균주는 처음에는 녹농균에 대한 선택성이 매우 높은 것으로 알려졌다. 이후 연구에서는 Burkholderia cepacia, Klebsiella pneumoniae와 이들 세균의 여러 임상 분리주도 먹잇감으로 이용할 수 있다는 결과가 나왔다. 그렇다고 모든 그람음성 세균을 같은 효율로 공격하는 것은 아니다. 포식 성공 여부는 먹잇감의 종과 균주, 세포 표면 구조 및 배양 조건에 따라 달라진다.

대부분의 그람양성 세균은 일반적인 먹잇감 범위에서 제외된다. 미카비브리오가 주로 공격하는 그람음성 세균에는 펩티도글리칸층 바깥을 둘러싸는 외막이 있다. 이 외막의 지질과 단백질, 당 사슬의 차이가 부착과 먹잇감 선택에 영향을 줄 가능성이 연구되고 있다.

먹잇감 안으로 들어가지 않고 접촉면에서 성장한다

먹잇감에 비가역적으로 붙은 M. aeruginosavorus는 편모와 화학주성 관련 유전자의 작동을 줄이고 증식 단계로 전환한다. 포식자의 한쪽 끝이 먹잇감 외막에 밀착하지만, 브델로비브리오처럼 외막과 세포막 사이의 주변세포질로 침입하지는 않는다. 이 때문에 미카비브리오는 외부 부착형 또는 표재성 포식자로 분류된다.

부착된 먹잇감에서는 세포 내용물이 점차 줄고 정상적인 대사와 증식이 중단된다. 그 과정에서 포식자는 먹잇감으로부터 얻은 물질을 이용해 길어지고 부피를 키운다. 그러나 먹잇감의 단백질과 핵산이 어떤 효소로 분해되며, 생성된 작은 분자가 두 세포의 접촉면을 통해 정확히 어떻게 이동하는지는 아직 모두 규명되지 않았다.

영양분을 충분히 확보한 포식자는 길어진 세포를 두 개로 나누는 이분법으로 증식한다. 새로 만들어진 세포는 다시 편모를 갖춘 공격 단계로 전환하고, 죽어가는 먹잇감에서 떨어져 다음 사냥을 시작한다.

이 증식법은 브델로비브리오와 미카비브리오를 구분하는 중요한 차이다. 브델로비브리오는 먹잇감의 주변세포질에 들어가 긴 필라멘트로 자란 뒤 자원의 양에 맞춰 여러 자손으로 동시에 나뉜다. 미카비브리오는 먹잇감의 바깥에 남아 성장하고 일반적으로 두 개의 딸세포를 만드는 방식을 사용한다.

에너지를 만들 수 있어도 세포 재료가 부족하다

2011년 분석된 ARL-13 균주의 염색체는 약 248만 염기쌍으로 이루어져 있다. 유전체에는 해당과정과 시트르산 회로, 전자전달계처럼 에너지를 생산하는 주요 대사 경로가 대부분 남아 있다. 먹잇감에서 유기물을 얻으면 이를 산화해 ATP를 만들 수 있다는 뜻이다.

하지만 ATP를 생산할 수 있다는 사실만으로 독립적인 성장이 가능한 것은 아니다. 새로운 세포를 만들려면 단백질의 재료인 아미노산, DNA와 RNA에 필요한 뉴클레오타이드, 세포막을 구성할 지질도 마련해야 한다. 유전체 분석에서는 미카비브리오가 몇몇 아미노산을 처음부터 합성하지 못하며, 부족한 물질을 환경에서 직접 받아들이는 수송 체계도 충분하지 않은 것으로 나타났다.

따라서 배양액에 단순한 탄소원과 에너지원만 넣어 주어도 자라는 일반적인 세균과 달리, 미카비브리오는 살아 있는 먹잇감의 세포 성분에 의존한다. 에너지를 만드는 대사 회로는 갖고 있지만 세포를 조립하는 데 필요한 일부 원료의 공급망이 끊겨 있는 셈이다. 이러한 유전체 구성이 먹잇감 없이 증식할 수 없는 절대포식성을 설명한다.

RNA 발현을 비교한 연구에서도 두 생활 단계의 차이가 확인됐다. 공격 단계에서는 편모 형성과 화학주성 유전자가 활발히 발현됐지만, 먹잇감에 붙은 뒤에는 이 유전자들의 발현이 줄었다. 대신 단백질 분비와 기본적인 세포 성장에 필요한 유전자들의 발현이 증가했다. 같은 세포가 이동에 자원을 쓰는 상태에서 먹이를 흡수하고 증식하는 상태로 대사를 전환하는 것이다.

바이오필름을 줄이지만 치료제로 확정된 것은 아니다

녹농균은 표면에 부착한 뒤 다당류와 단백질, 세포외 DNA가 뒤섞인 바이오필름을 만든다. 이 구조는 세균을 물리적으로 붙잡아 두는 동시에 항생제와 면역세포의 접근을 방해한다. 의료기기와 배관, 만성 감염에서 녹농균 바이오필름이 문제가 되는 이유다.

2007년 정적 배양 실험에서는 미카비브리오를 녹농균 바이오필름에 처리한 뒤 3시간부터 바이오필름 양이 감소했고, 24시간 뒤 살아 있는 먹잇감의 수가 약 100분의 1 수준으로 줄었다. 전자현미경과 흐름세포 실험에서도 바이오필름 구조가 변하고 생존 세포가 감소하는 모습이 확인됐다.

이 수치는 특정 균주와 배양 조건에서 얻은 결과다. 실제 인체의 바이오필름은 여러 미생물과 면역세포, 점액 및 조직 성분이 섞여 있어 실험용 바이오필름보다 훨씬 복잡하다. 배양 접시에서 녹농균이 감소했다고 사람의 감염 치료에 같은 효과가 나타난다고 단정할 수 없다.

마우스 안전성 연구에서는 미카비브리오 ARL-13을 비강으로 투여했다. 초기에는 비교적 약한 면역반응이 나타났지만 시간이 지나며 감소했고, 조사한 조직에서 뚜렷한 병리 변화는 관찰되지 않았다. 그러나 제한된 수의 동물과 짧은 관찰기간을 이용한 안전성 연구이므로 사람에게 사용할 수 있다는 임상적 증거는 아니다. 미카비브리오의 정맥 투여 효과를 직접 확인한 연구로 해석해서도 안 된다.

치료제로 개발하려면 먹잇감의 범위, 정상 미생물 군집에 미치는 영향, 면역계에 의한 제거 속도와 감염 부위까지 도달하는 능력을 확인해야 한다. 살아 있는 먹잇감과 함께 배양해야 하므로 대량생산과 정제, 보관 방법도 해결해야 한다.

M. aeruginosavorus의 가치는 항생제를 곧바로 대체한다는 기대보다 세균 사이에서 일어나는 독특한 물질 이동을 보여준다는 데 있다. 포식자는 먹잇감 안으로 들어가지 않으면서도 작은 접촉면을 통해 성장에 필요한 물질을 얻는다. 에너지를 만드는 대사 경로가 남아 있어도 몇 가지 필수 재료를 합성하거나 흡수하지 못하면 다른 생물에 의존할 수밖에 없다는 점도 확인할 수 있다. 미카비브리오는 세균의 생존을 결정하는 것이 ATP 생산 능력만이 아니라 세포를 구성할 원료를 어디에서 확보하느냐의 문제이기도 하다는 사실을 잘 보여준다.

참고자료

• Lambina, V. A. 외, “New Species of Exoparasitic Bacteria of the Genus Micavibrio”, Mikrobiologiia, 1983. 논문 정보 보기
• Kadouri, D.·Venzon, N. C.·O'Toole, G. A., “Vulnerability of Pathogenic Biofilms to Micavibrio aeruginosavorus”, Applied and Environmental Microbiology, 2007. 원문 보기
• Wang, Z.·Kadouri, D. E.·Wu, M., “Genomic Insights into an Obligate Epibiotic Bacterial Predator: Micavibrio aeruginosavorus ARL-13”, BMC Genomics, 2011. 원문 보기
• Shatzkes, K. 외, “Examining the Safety of Respiratory and Intravenous Inoculation of Bdellovibrio bacteriovorus and Micavibrio aeruginosavorus in a Mouse Model”, Scientific Reports, 2015. 원문 보기
• List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature, “Micavibrio aeruginosavorus”, DSMZ, 2026년 8월 확인. 분류 정보 보기