[뉴스스페이스=이종화 기자] 국제우주정거장(ISS)에서 진행된 미세중력 실험이 바이러스(박테리오파지)와 박테리아의 진화를 변화시켜 지구상 항생제 내성균 치료를 위한 새로운 파지 기반 치료제를 개발할 수 있는 길을 열었다.
위스콘신대학교 매디슨캠퍼스(Vatsan Raman 교수팀)의 연구는 2020년 9월 노스로프 그루먼(Northrop Grumman)의 NG-13 사이구스 우주선을 통해 T7 박테리오파지와 대장균(E. coli BL21)을 ISS로 발사해 23일간 배양한 결과, 미세중력 환경에서 감염 속도가 지구 대비 지연됐으나 최종적으로 성공적으로 증식했다고 밝혔다.
PLOS Biology(2026.1.13)에 게재된 이 논문에 따르면, 초기 4시간 내 파지 증식은 관찰되지 않았으나 23일 후 파지 적정치가 4로그(1만배) 증가하며 박테리아 농도는 10^7 CFU/mL에서 10^2 CFU/mL로 급감했다.
느린 감염 속도, 미세중력 특유 변이 폭발
journals.plos, sci.news, space.com, eurekalert, gizmodo에 따르면, 미세중력에서는 중력 대류 부재로 인한 유체 혼합 감소가 파지-박테리아 접촉률을 낮춰 감염 주기를 지연시켰다. 연구팀은 전장 유전체 시퀀싱(WGS)을 통해 23일 배양 후 de novo 돌연변이를 분석한 결과, 파지에서 gp7.3(7개 돌연변이, E48K·E61K 등), gp11(어댑터 단백질), gp12(노즐 단백질, Q184R 등 5개 양전하 변이) 유전자에 미세중력 특유 변이가 다수 축적됐으며, 이는 지구 조건 대비 돌연변이 밀도가 높고 위치가 달랐다(FDR 조정 p<0.05).
박테리아 측면에서 파지 존재 시 돌연변이 빈도가 25% 이상으로 유의하게 증가(Mann-Whitney U test p<0.001)했으며, 외막 관련 유전자(mlaA: F44_N45 삭제 95.5%, hldE: R232C 56.5%, mrcB: Q817 프레임시프트 51.6%)와 대사 조절 유전자(gltA, bipA 등)에 집중됐다. 이는 미세중력 스트레스가 외막 투과성 증가와 생존율 향상을 유발한 것으로 분석되며, 지구 실험 대비 박테리아 생존율이 6-7로그 낮아진 점도 주목된다.
파지 수용체 결합 단백질, 우주 변이로 '슈퍼 무기' 탄생
파지 수용체 결합 단백질(RBP) 팁 도메인(472-554 잔기)에 대한 심층 돌연변이 스캐닝(DMS, 1,660 변이 라이브러리)에서 미세중력 조건은 지구와 무관 상관성을 보였다(51.2% 변이 회수). 미세중력 고득점 변이(13개: L490I, F506M/Y, P511M 등 메티오닌·이소류신 위주)는 내부 구조 변화로 추정되며, 이를 조합한 라이브러리(5,000개 미만)는 야생형 대비 우수했다.
장기 우주여행 미생물 리스크, 후속 연구 가속
미세중력은 박테리아 생존을 위한 변이를 촉진해 장기 임무(화성 탐사 등)에서 약물내성 증가나 병원성 변화를 초래할 수 있다. 연구팀은 "미세중력은 파지-박테리아 공진화 궤적을 질적으로 재구성한다"며 다중 파지-박테리아 시스템(인간 장내 미생물군 대체) 후속 ISS 실험을 계획 중이다.
해당연구는 ISS 고도 400km·속도 시속 2만7,000km 환경에서 미세중력이 바이러스-박테리아 상호작용을 변화시킨 점을 강조하며, 지구 바이오테크 응용 가능성을 부각했다. 이 연구는 국방위협저감국(DTRA, HDTRA1-16-1-0049) 지원으로 이뤄졌으며, 파지 치료 기업(Synpha Biosciences) 이해관계도 공개됐다.
