친화적 상호작용

미생물이 한 개체 단위나 군집 형태로서, 미생물 서로간에나 숙주 생물 내에서 유전자 발현 및 물질 대사 등 생명현상을 유지하거나 증식하는 것이 가능한, 미생물간 혹은 숙주와의 상호작용을 말한다. 미생물의 증식이나 생존이 허용되지 않는 경우를 상대적으로 비친화적(noncompatible) 상호작용이라 한다.

목차

흔히 사용되는 병원성 미생물과 숙주의 상호작용이란 용어는, 숙주 생물에 질환을 일으키는 미생물이 숙주생물 내에서 어디서 어떻게 어떤 질환을 일으킬 수 있는 가에 대해 논의할 때 주로 사용되는 개념을 말하지만, 많은 미생물 들이 숙주 생물 내에서 병을 일으키지 않고 공생(symbiosis)하는 경우가 훨씬 많다. 또한 많은 미생물과 숙주의 상호작용은 숙주 면역체계에 의해 병이 일어나지 않는 균형상태로 유지되고 있으며, 면역체계의 활성 정도에 따라 발병여부가 결정되는 경우가 많다.

친화적(혹은 비친화적) 상호작용은 미생물간에 그리고 숙주 생물 내에서 일어나는 다양한 공생(symbiosis) 관계에서 이해될 수 있다. 이러한 공생관계는 상대 생물간에 다양한 상관관계의 적합성이나 공생관계 중 상대적 의존성 등에 따라 다양한 특징과 형태가 존재하며, 상대 생물의 종류 혹은 숙주의 상태에 따라 변한다. 현재까지 알려진 미생물간 혹은 숙주 생물과 미생물과의 공생관계는 상리공생(mutualim), 편리공생(commensalism), 편해공생(amensalism) 및 기생(parasitism)으로 분류하여 정리되고 있다¹⁾.

상리공생은 상대간에 모두 이익이 되는 공생관계이다. 예를 들면, 대장내 일부 세균들이 비타민 K와 B를 생산하고 이를 인체가 흡수하여 이용하며, 세균은 대장 내에서 다양한 에너지원과 서식환경을 제공 받는다. 편리공생은 한쪽 개체에는 이익이 되지만 상대에게는 무해한 경우의 공생관계이다. 피부에 서식하는 세균들이 한 예가 될 수 있는데, 숙주에게는 유해성이 거의 없지만 세균들은 숙주로부터 서식환경과 영양소를 제공받는다. 기생은 미생물이 숙주에 해를 입히면서 이익을 얻는 공생관계로써, 질병을 일으키는 모든 병원체에 해당한다. 편해공생은 한편에선 이익이 없지만 상대편에 해를 입히는 경쟁적 또는 길항적 경우를 말한다¹⁾.

친화적 상호작용과 비친화적 상호작용의 예를 다음의 생물간 상호작용에서 찾아볼 수 있다.

생태계에서 많은 세균들이 대사적으로 다른 세균에 의존하며 친화적 상호작용을 한다. 생물막(biofilm) 같은 세균 군락에서 세균간의 공동대사(cometabolism) 과정이 대표적인 예로서 군집내의 한 종의 세균이 대사과정 동안 생산하는 물질이 다른 종의 영양소로 이용되는 경우이다. 한편 항생물질(antibiotic)을 분비하는 세균에 의해 다른 경쟁종의 세균이 사멸되는 경우엔 비친화적 상호작용이라 할 수 있다.

치주질환 세균인 Fusobacterium nucleatum (길이가 긴 세균)과 치아 표면 부착세균인 Streptococcus (구균) 간의 부착을 보여주는 현미경 사진 (출처: doi: 10.1371/journal. pone.0000659)

치태를 이루는 세균간의 공동대사 모식도 (출처: https://doi.org/10.1111/omi.12012 )

식물이 세균 및 진균 등의 미생물에 감염되는 경우 식물세포를 죽이고 세포 성분을 분해하면서 자신은 증식할 수 있다. 식물과 함께 서식하는 미생물들은 식물의 생장에 있어 여러가지 기능을 수행하는데, 이들 중 일부는 세포간 신호전달물질을 분비하여 식물로 하여금 질환 저항성을 갖게 하여 병원성 미생물의 침입과 증식을 억제하기도 한다.

인체의 장내 세균들은 다양한 효소를 이용하여 인체가 분해하지 못한 다양한 성분들을 장내에서 분해하며 생존하고 군락을 이룬다. 이들 세균 군락은 생물막에서와 마찬가지로 장내 세균간 공동대사 과정을 이용하여 생존함으로써 많은 종류의 세균들이 함께 서식하게 된다. 한편, 이들 세균들 중에는 여러 종류의 항생물질을 분비함으로써 병원균의 증식을 억제하는 기능을 한다. 동물세포들 중 식균작용을 하는 식세포들은 많은 종류의 항균제(antimicrobials)의 분비와 항균작용을 통해 인체에 침입하는 미생물을 포식하여 살균하는 능력이 있어 미생물의 비친화적 상호작용이 일어난다고 할 수 있다. 하지만 식세포 내에서 생존하며 증식하고, 더 나아가 식세포를 따라 이동하며 전신에 감염할 수 있는 병원성 미생물들에는 이들 식세포와의 상호작용이 친화적이라고 볼 수 있다²⁾.

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미생물과 동물세포간 친화적 상호작용 예시. 상피세포(epitherial cell) 내에서 증식하는 세균(녹색) (출처: 방일수/조선대학교)

상피세포 내에 감염된 세균(적색)에 의해 생성되는 세포 필라멘트 구조(녹색) (출처: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0035004)

항균제(antimicrobials), 공생(symbiosis), 생태계, 생물막(biofilm), 항생물질(antibiotic), 상리공생(mutualim) 

방일수/조선대학교

이충호/동국대학교

1. Tortora, G.J., Funke, B.R., and Case, C.L. 2013. Microbiology: An Introduction (11^th Ed.) 김응빈, 강범식, 노영택, 조은희, 황은주 (역) (2014) 토토라 미생물학 11판. 서울: 바이오사이언스출판 
2. (사)한국미생물학회. 2017. 미생물학 1판. 서울: 범문에듀케이션.