세균의 새로운 "포식자"가 밝혀졌다! "지질을 빼앗는 다섯 개의 칼날" - 포식 세균이 숨기고 있는 "슈퍼 무기" PopA의 충격

1. 서장―「세균을 먹는 세균」이라는 기묘한 생태계

항생제가 듣지 않는 슈퍼 내성균(AMR)은 현재 세계보건기구(WHO)가 경고하는 "조용한 팬데믹"이다. 그 대책으로 주목받고 있는 것이, 세균을 포식하는 세균──예를 들어 Bdellovibrio bacteriovorus(이하, Bdellovibrio)이다.

Bdellovibrio는 먹이가 되는 그람 음성균에 돌진하여, 세포벽을 뚫고 내부로 침입, 영양분을 흡수하여 분열한 후 숙주를 파괴하고 튀어나온다. 바로 세균계의 늑대다. 1970년대부터 연구가 계속되고 있지만, 그 공격 메커니즘은 여전히 블랙박스가 많다.en.wikipedia.org

2025년 7월, 영국 버밍엄 대학을 중심으로 한 국제 연구 그룹은 이 포식자의 "무기"의 일단을 해명했다고 발표했다. 그들이 주목한 것은 PopA라는 이름의 외막 단백질(OMP). 기존에는 단량체 또는 삼량체가 정설이었던 OMP가, 무려 **오량체(펜타머)**를 형성하고 있으며, 주변의 지질을 "퍼내는" 듯이 포착하는 기발한 구조를 가지고 있다고 한다.

연구팀은 X선 결정 분석·크라이오 전자 현미경·AI 구조 예측을 조합하여, PopA의 "덮개형" 입체 구조와 지질 트랩 메커니즘을 시각화했다. 더욱이 상동성 검색 결과, 테트라머, 헥사머, 노나머 등 다양한 양체를 취하는 "형제 단백질"이 다종다양한 세균에 숨어 있는 것이 밝혀져, 미지의 "슈퍼 패밀리(초과)"의 존재가 부각되었다.phys.orgnature.com

2. 연구의 상세―지질을 빼앗는 새로운 포식 전략

2-1 선행하는 상식과의 충돌

지금까지 OMP의 다량체화는, 수송 채널의 안정화나 세포 외로의 돌출 구조(피로프스) 형성과 같은 제한적 기능에 연결되어 있었다. 그러나 PopA는 "지질 트랩"이라는 전혀 다른 전략을 취한다. 막을 구성하는 인지질이나 지방산을 직접 포착하여, 숙주막의 국소적인 결손을 일으켜 살상력을 높일 가능성이 있다. 더욱이 E. coli에 인공 발현하면 숙주막이 부분적으로 붕괴되어 생육 불량에 빠졌다고 한다.phys.org

2-2 슈퍼 패밀리의 확산

AI 기반의 FoldSeek 검색에 의해, 해양, 토양, 숙주 공생형 등 환경을 불문하고 PopA 유사 단백질이 검출되었다. 이는 "포식자 한정 무기"라는 기존 이미지를 뒤집고, 세균 간 경쟁의 보편적 도구일 가능성을 시사한다. 병원균이 숙주 세포막을 파괴하는 메커니즘이나, 바이오필름 붕괴제로서의 응용이 기대된다.eurekalert.org

3. 전문가 코멘트

• Andrew Lovering 교수(버밍엄대·구조생물학)

  「세균 외막의 "교과서 모델"을 다시 쓰는 발견이다. PopA의 오량체 구조는 "예외"가 아니라, "선례"가 될지도 모른다」

• R. Elizabeth Sockett 교수(노팅엄대·미생물학)

  「Bdellovibrio 연구는 포식 현상의 수수께끼 풀기에서 항균 기술로 전환하고 있다. PopA 슈퍼 패밀리의 식별은 그 다리 역할을 할 것이다」

4. SNS에서의 반향

연구 발표 후, #PopA #BacterialPredator 등의 해시태그가 X(구 Twitter)와 Mastodon에서 급부상했다.

바이오인포계 인플루언서는 "천연 항생제 공장이다"라고 칭찬하는 한편, 합성생물학자들로부터는 "오작동하면 유용균도 먹이가 된다"는 신중론도 제기되는 등, 논의는 확산 중이다.

5. 의료·산업 응용 가능성

• 대체 항생제
  PopA의 지질 트랩 활성을 모방한 펩타이드/소분자 화합물은, 외막 파괴형 항균제로서 신규 클래스를 구축할 가능성이 있다.

• 바이오리메디에이션
  유오염 환경에서 지질을 포착하는 능력을 이용하여, 오염 제거를 돕는 인공 미생물 컨소시엄 설계가 구상되고 있다.

• 합성생물학 플랫폼
  PopA 슈퍼 패밀리를 모듈화하여, 세포 외 베시클의 타겟팅이나 리포좀형 드러그 딜리버리의 개구 제어에 전용할 수 있을지도 모른다.

6. 과제와 전망

1. 비포식균에서의 기능
   다양한 세균에 PopA 유사체가 존재하는 이유는 미해명. 방어 측(먹이 측)의 막 개변 도구라는 역전 시나리오도 부상한다.

2. 구조 다양성의 의미
   사량체나 구량체는, 오량체보다 큰 지질 풀을 포착하는 것인지, 아니면 전혀 다른 기질을 타겟으로 하는 것인지.

3. in vivo 검증
   동물 모델에서의 안전성·유효성 평가가 필수적. 특히 장내 세균총에 대한 영향은 복잡계 시뮬레이션과 실험의 양륜이 요구된다.

7. 결어

PopA의 발견은, 포식 세균 연구의 기어를 "생태 해명"에서 "분자 무기의 활용"으로 크게 바꾸었다.「세균 간의 군비 경쟁」을 들여다보는 것은, 인류가 새로운 항균 전략을 손에 넣는 최단 루트일지도 모른다. 차세대 시퀀서와 AI 구조 예측이 가져오는 "숨겨진 슈퍼 패밀리"의 발견 러시는 앞으로도 계속될 것이다.