상리공생

상리공생(mutualism)은 서로 다른 종(species)의 생물-생물 상호작용에서 한 종의 생리적 대사적 활동이 다른 종에게 이득(benefit)을 주는 경우를 말한다. 공생을 의미하는 다른 용어로 symbiosis와 synergism이 있다. symbiosis는 물리적으로 가까우며 장기적으로 서로 의존하는 경우에 해당된다. Synergism으로 표현되는 공생은 상리공생과 달리 각 개체가 독립적으로도 생활할 수 있는 경우를 일컫는다. 상호작용에서 한 종만 이득을 취한는 경우에 편리공생(commensalism)이라고 한다. 미생물은 다른 미생물 종들과, 또한 다양한 동물, 식물과 상리공생을 한다. 인간과 인간의 장내 미생물(gut microbiome)이 대표적인 예이다. 장내 미생물은 인간의 소화와 면역증진, 병원균 생장억제, 영양분 공급 등 다양하고 이로운 대사활동을 통하여 인간의 건강을 돕고, 인간은 장내미생물에게 서식처와 영양분을 공급하며 상리공생하고 있다.

목차

지의류는 광합성을 하는 미생물(남세균 또는 조류)과 진균(곰팡이)의 상리공생체이다(그림 1). 광합성 미생물은 광합성을 통해 이산화탄소를 동화하여 유기탄소원을 진균에 공급하고, 진균은 광합성 미생물에게 다른 영양분을 공급하며 보호해주는 역할을 한다.

최근 연구에서 326종의 조류를 분석한 결과 171종의 조류가 외부에서 비타민 B12(cobalamin)가 공급되어야 생장할수 있음을 알게 되는데, 후속 연구에서 공생하는 세균이 비타민 B12를 조류에게 공급하며, 조류는 세균에게 동화된 탄소원을 공급하는 것으로 조류와 세균의 상리공생의 기작이 보고되었다¹⁾.

그림 1. 바위 위에 형성된 지의류()

세균의 정족수 감지(quorum sensing) 기작이 처음 밝혀진 예이며, 비브리오 세균은 정족수 인식 기작으로 오징어에 빛을 제공하고 오징어는 발광기관(light organ) 안의 비브리오 세균에게 영양분을 제공한다.

그림 2. 다양한 미생물의 공생체인 산호초()

최근 연구에 의하여 산호 안의 조류(그림 2)는 광합성을 하여 탄소원을 공급하고, 세균은 질소와 황의 순환, 병원균 억제, 산호의 면역증진 등에 기여하는 것으로 보고되었다²⁾.

곤충은 공생미생물에 다양한 영양분(혈액, 식물의 액, 목재 등)을 제공하고, 공생미생물은 곤충에게 부족한 비타민 B, 아미노산, 질소 및 다양한 필수영양분을 제공한다. 곤충의 장내 미생물은 곤충을 바이러스, 세균, 진균, 선충, 기생 말벌 등으로 부터 보호하여 준다.

반추동물은 장내미생물에 식물유래 기질을 제공하고, 이들은 반추위 미생물에 의하여 분해되어 동물에게 영양분을 제공하게 된다. 반추위(rumen)에서 장내미생물에 의해 서로 다른 미생물이 서로 다른 기질을 이용하여 휘발성 지방산(volatile fatty acids), 미생물 유래 단백질과 발효산물이 반추동물의 에너지와 중요한 단백질 공급원으로 사용된다. 분해 과정에서 만들어지는 휘발성 지방산은 반추위에서 쉽게 흡수되고, 단백질은 작은 창자에서 분해되어 아미노산, dipeptide, tripeptide 형태로 흡수된다.

근권세균은 대기중의 질소를 암모니아로 고정하여 콩과식물에 제공하며, 콩과식물은 근권세균을 식물세포 안에서 보호하며 광합성 산물을 제공한다.

식물의 근권뿐만 아니라 엽면(phyllosphere) 또는 식물의 안(endophytic)의 미생물들은 옥신(auxin)과 같은 식물 생장호르몬과 인산가용화, 철우며, 식물은 광합성 산물을 제공한다³⁾.

박우준/고려대학교

김은자/한국미생물학회

1. Croft MT, Lawrence AD, Raux-Deery E, Warren MJ, Smith AG. (2005) Algae acquire vitamin B₁₂ through a symbiotic relationship with bacteria. Nature
2. Hernandez-Agreda A, Gates RD, Ainsworth TD. (2017) Defining the Core Microbiome in Corals' Microbial Soup. Trends in Microbiology
3. Berg G, Grube M, Schloter M, Smalla K. (2014) Unraveling the plant microbiome: looking back and future perspectives. Frontier in Microbiology