아퀴펙스

아퀴펙스(국문) Aquifex(영문)

아퀴펙스균은 아퀴피캐(Aquificae)문에 속하는 몇 안되는 세균 중 하나로 ‘물을 만드는’ 세균을 의미한다. 아퀴펙스균은 85~95℃에서 최적 생장을 보이는 초고온균으로서 몇 종 되지 않는 호기성(미세호기성) 초고온균 중 하나로 종종 열수구나 온천 근처에서 발견된다. 

아퀴펙스 파이로필러스(Aquifex pyrophilus)의 투과전자현미경 사진 (출처: )

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아퀴펙스균은 1992년 로버트 후버(Robert Huber)와 칼 스테터(Karl O. Stetter)에 의해 아이슬란드 북쪽에 위치한 콜베인지 능선(North Kolbeinsey Ridge)의 높은 온도의 해저퇴적물(깊이 107 m)에서 처음 분리되어 아퀴펙스 파이로필러스(Aquifex pyrophilus)라는 이름으로 명명되었다¹⁾. 아퀴펙스의 ‘아퀴(Aqui)’라는 라틴어는 ‘물’을 나타내고, ‘펙스(fex)’는 ‘만드는’을 의미하므로 아퀴펙스는 ‘물을 만드는’ 세균을 가르킨다. 또한 대표종인 아퀴펙스 파이로필러스는 ‘열을 좋아하는’이라는 뜻으로 균주의 이름에 특징이 정확하게 나타나 있다. 아퀴펙스균의 표준 종은 아퀴펙스 파이로필러스이고 현재까지 아퀴펙스 애올리커스(Aquifex aeolicus)와 함께 단 두 종만이 알려져 있다. 

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아퀴펙스는 그람음성균이며 미세호기성균으로 일반적으로 2~6 µm의 길이와 0.4~0.5 µm의 직경을 가지는 막대모양이다. 종종 100개 이상의 세포들이 뭉쳐있는 형태를 가지는 경향이 있다. 편모를 가지고 있어 운동성을 가지고 내생포자를 형성하지 않는다¹⁾. 펩티도글리칸, 외막, 표면단백질층으로 구성된 매우 복잡한 구조의 세포막을 가진다.

아퀴펙스균은 생존을 위해 산소가 필요하나 7.5 ppm의 낮은 산소량에서도 생장 할 수 있고, 수소(H₂), 산소(O₂), 이산화탄소(CO₂) 및 무기염류 등을 사용하여 생장이 가능하다. 이 균의 최적온도는 85°C이다.

현재까지 아퀴펙스균의 유전체는 1998년 아퀴펙스 애올리커스(Auifex aeolicus)균의 유전체가 NATURE 학회지에 보고된 이후 단 한차례도 보고되지 않았다. 아퀴펙스 애올리커스의 유전체 분석의 결과 유전체 크기가 1.55 Mb에 지나지 않지만 유전자의 밀도가 높아 다른 유전자와 겹치는 유전자가 다수 포함 되어있는 것으로 밝혀졌다. 아퀴펙스의 유전체는 대장균의 약 3분의 1에 불과해 더욱 쉽게 완성 될 수 있었다. 아퀴펙스 애올리커스 유전자의 약 16%가 고균의 유전자와 상동성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 또한 고균의 특징인 에테르 결합(ether-linked) 세포막 지질을 가지고 있어서 고균의 주요 특징을 가지는 유전자가 수평적유전자이동(HGT)을 통해 이들 세균으로 이동한 것으로 추정하고 있다²⁾³⁾.

아퀴펙스균은 절대화학무기영양성이고 독립영양생물의 특징을 가지기 때문에 이산화탄소(CO₂)를 탄소원으로 탄소를 고정한다. 또한 수소(H₂)를 전자공여체로 산소를 전자수용체로 사용하여 만드는 초고온성 세균이다. 이때 아퀴펙스균은 원형질막에 니켈 철 수소화효소(NiFe hydrogenase)를 사용하는데 이 수소화효소는 열에 안정하고 산소에 내성을 가진다⁴⁾. 

산소(O₂)와 수소(H₂)를 이용하여 생장할때의 아퀴펙스균의 전자전달계 (출처: )

아퀴펙스균은 열에 강해 주로 열수구나 온천 근처와 같은 극한 환경에서 발견된다. 뿐만 아니라 강, 연목, 바다등지에서 낮은 산소량, 고온등의 극한 환경에서도 발견되고 있다. 

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이효정/군산대학교

최경희/원광대학교

1. Huber, R., Wilharm, T., Huber, D., Trincone, A., Burggraf, S., König, H., Rachel, R., Rockinger, I., Fricke, H., and Stetter, K.O. 1992. Aquifex pyrophilus gen. nov. sp. nov., represents a novel group of marine hyperthermophilic hydrogen-oxidizing bacteria. System. Appl. Microbiol. 15, 340-351.
2. Deckert, G., Warren, P.V., Gaasterland, T., Young, W.G., Lenox, A.L., Graham, D.E., Overbeek, R., Snead, M.A., Keller, M., Aujay, M., et al. 1998. The complete genome of the hyperthermophilic bacterium Aquifex aeolicus. Nature 392, 353.
3. 한국미생물학회. 2017. 미생물학. 범문에듀케이션 p. 612.
4. Guiral, M., Aubert, C., and Giudici-Orticoni, M.T. 2005. Hydrogen metabolism in the hyperthermophilic bacterium Aquifex aeolicus. Biochem. Soc. Trans. 33, 22–24.