[Molecular Cell Biology]The Diversity and Commonality of Cells 3부






단세포 생물은 유익하기도 하고 유해하기도 하다.


가장 많이 존재하는 unicellular organism인 bacteria와 archaea는 일반적으로 1~2㎛의 크기이다. 이러한 생물은 크기가 작고 단순한 구조임에도 불구하고, 간단한 화학물질을 복잡한 생물학적 분자 로 변환시킬 수 있는 놀라운 생화학 공장과도 같다. 따라서 bacteria는 지구 생태학의 결정적인 요 소이기도 하지만, 일부 bacteria는 다양한 질병을 유발하기도 한다. 예를 들어, Yersinia pestis (페스트균)에 의한 bubonic plaque (페스트, 흑사병), Streptomyces (방선균)에 의한 strep throat (패혈성 인두염), Mycobacterium tuberculosis (결핵균)에 의한 tuberculosis (결핵), Bacillus anthracis (탄저균)에 의한 anthrax (탄저병), Vibrio cholerae (콜레라균)에 의한 cholera (콜레라, 흑사병), 그리고 특이한 유형의 E. coli와 Salmonella (살모넬라 균)에 의한 식중독 등이 이에 해당된다. 모든 plant이나 animal과 마찬가지로 human도 살아있는 bacteria의 창고이다. 즉, human은 장 내에 가장 고농도로 존재하고 있는 엄청난 수의‘벌레’에게 먹이와 서식처를 제공하고 있다. 



이러한 bacteria는 음식물의 소화를 돕고 계속해서 증식도 한다. 이밖에도  E. coli는 연구자가 선호하 는 실험용 생체 재료이기도 하다. 한편, E. coli와 같은 bacteria에서 나온 신호에 반응하여 bacteria가 생존할 수 있는 생태학적 장소를 제공하기 위해 intestinal cell (장세포)은 적당한 형 태를 이루는데, 이로 인하여 intestinal cell과 bacteria가 상호 보완적으로 소화를 촉진시키게 된 다. 이와 반대로 intestinal cell에 bacteria가 노출되면 bacteria의 성질이 변하게 되어 보다 더 효과적으로 소화 작용에 관여하게 된다. 이러한 cell 상호간의 정보 교환과 반응은 세포의 공통적인 특징이다. 


Human과 bacteria 간의 정상적이고 평화로운 mutualism (상리공생)이 때로는 한쪽 또는 양쪽 모두에게 유해하게 나타나기도 한다. 즉, bacteria가 인체에 유해하게 작용할 수 있는 혈류나 상처 등에서 증식하기 시작하면 인체의 immune system (면역계) cell이 이러한 외래 침입자를 공격하여 무력화시키거나 포식하게 된다. 한편 prokaryotic cell을 선택적으로 죽이는 강력한 antibiotics는 천천히 진행되는 immune response (면역반응)가 신속하게 작용하도록 도와준다. 따라서 bacteria를 분자생물학적 측면에서 이해하게 되면, antibiotics가 어떻게 bacteria를 죽이게 되는지, bacteria 가 antibiotics에 대하여 어떻게 저항성을 나타내게 되는지, 그리고 human cell에는 존재하지 않고 bacteria에만 존재하는 대사과정이나 구조가 신약에 유용한 표적이 될 수 있는지 등에 관한 연구에 큰 도움이 될 수 있다. 


Bacteria와 같이 protozoa도 food chain (먹이사슬)의 유익한 구성원 중 하나이다. Protozoa 는 bacteria의 개체수를 조정하고 질소화합물과 인화합물을 분비함으로써 비옥한 토지를 만드는 데 핵심적인 역할을 담당하고 있으며, 천연 또는 인공적인 폐기처리 시스템에서도 중요한 역할을 하 고 있다. 또한 이러한 unicellular eukaryote는 해양 생태계의 중요한 부분으로 작용하는데, 다량의 phytoplankton (식물성 플랑크톤)을 섭취하고 햇빛을 사용해서 생물학적으로 유용한 에너지와 작은 연료분자를 생산하는 photosynthetic algae (광합성 조류)의 생식처가 되기도 한다. 그러나 일부 protozoa는 인류에 큰 재앙을 주기도 한다.


FIGURE 4 Plasmodium organisms, the parasites that cause malaria, are single-celled protozoans with a remarkable life cycle. Many Plasmodium species are known, and they can infect a variety of animals, cycling between insect and vertebrate hosts. The four species that cause malaria in humans undergo several dramatic transformations within their human and mosquito hosts. (a) Diagram of the life cycle. Sporozoites enter a human host when an infected Anopheles mosquito bites a person . They migrate to the liver where they develop into merozoites, which are released into the blood . Merozoites differ substantially from sporozoites, so this transformation is a metamorphosis (Greek, “to transform” or “many shapes”). Circulating merozoites invade red blood cells (RBCs) and reproduce within them . Proteins produced by some Plasmodium species move to the surface of infected RBCs, causing the cells to adhere to the walls of blood vessels. This prevents infected RBCs cells from circulating to the spleen where cells of the immune system would destroy the RBCs and the Plasmodium organisms they harbor. After growing and reproducing in RBCs for a period of time characteristic of each Plasmodium species, the merozoites suddenly burst forth in synchrony from large numbers of infected cells 4 . It is this event that brings on the fevers and shaking chills that are the well-known symptoms of malaria. Some of the released merozoites infect additional RBCs, creating a cycle of production and infection. Eventually, some merozoites develop into male and female gametocytes , another metamorphosis. These cells, which contain half the usual number of chromosomes, cannot survive for long unless they are transferred in blood to an Anopheles mosquito. In the mosquito’s stomach, the gametocytes are transformed into sperm or eggs (gametes), yet another metamorphosis marked by development of long hairlike flagella on the sperm . Fusion of sperm and eggs generates zygotes , which implant into the cells of the stomach wall and grow into oocysts, essentially factories for producing sporozoites. Rupture of an oocyst releases thousands of sporozoites ; these migrate to the salivary glands, setting the stage for infection of another human host. (b) Scanning electron micrograph of mature oocysts and emerging sporozoites. Oocysts abut the external surface of stomach wall cells and are encased within a membrane that protects them from the host immune system. [Part (b) courtesy of R. E. Sinden.]


그 예로, 이질의 원인인 Entamoeba histolytica (이질 아메바), 질염의 원인인 Trichomonas vaginalis (질편모충), 수면병의 원인인 Trypanosoma brucei (브루스파동 편모충) 등이다. 최악의 protozoa인 Plasmodium falciparum (열대 열 원충)과 그 아종은 매년 3 억명 이상의 새로운 환자를 발생시키는 malaria (말라리아, 학질)의 원인이며, 이 질환으로 연간 150~300만 명이 사망한다. 이러한 protozoa는 mammal (포유동물)과 mosquito(모기)에 교대로 서식하면서, 각 서식처마다 다른 신호에 대하여 형태와 행동을 변경한다. 즉, 이들 protozoa는 감염되는 cell의 receptor (수용체)를 인지하는 데, 이러한 복잡한 life cycle (생활사)은 single cell이 어떻게 새롭게 접하는 자극에 어떻게 적응할 수 있는지를 아주 잘 설명하고 있다(Figure 4). 


Plasmodium의 life cycle 동안 일어나는 cell의 모든 transformation (형질전환)과정은 이러한 protozoa의 genetic material (유전물질)에서 암호화되는 명령에 의해 조 절되고, 환경적 정보들에 의해 야기된다. Unicellular eukaryote의 또 다른 구성원인 yeast는 multi-cell인 mold와 마찬가지로 유익한 점과 유해한 점을 모두 지니고 있다. Fungus로 분류되는 yeast와 mold는 animal과 plant의 사체를 분해함으로써 생태학적으로 중요한 역할을 담당한다. 그리고 이들은 수많은 antibiotics를 생성하 고 빵과 맥주, 포도주 및 치즈 제조에도 사용된다. 이밖에도 유익하지 못한 곰팡이 병에는 jock itch (소양증)와 athlete foot (무좀)과 같이 비교적 해가 약한 피부 감염에서부터 AIDS 환자의 보편적인 사망원인으로 생명을 위협하는 Pneumocystis carinii (주폐포자추충성) pneumonia (폐렴) 까지 포함된다.






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