[뉴스스페이스=윤슬 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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.