Discovery of BilV reveals a multienzymatic basis for bilirubin reduction across vertebrate gut microbiomes

당신의 몸을 오래된 혈액 세포가 분해될 때 발생하는 노란색-주황색 색소인 **빌리루빈(bilirubin)**이라는 폐기물을 생산하는 바쁜 공장이라고 상상해 보세요. 이 폐기물을 제거하기 위해 당신의 몸은 이를 장으로 보냅니다. 그곳에는 미생물인 박테리아라는 미세한 일꾼 팀이 있어, 이를 무해한 물질인 **유로빌리노겐(urobilinogen)**으로 바꾸기 위해 조금씩 깎아 나갑니다. 그 후 유로빌리노겐은 대변과 소변을 통해 몸 밖으로 배출됩니다.

오랫동안 과학자들은 이 박테리아들이 그 일을 수행한다는 사실을 알고 있었지만, 폐기물이 중간에 걸려 있는 이상한 현상을 목격했습니다. 완전히 정화되는 대신, 반쯤 완성된 제품들이 뒤섞인 지저한 상태로 남는 것이었습니다. 이것은 마치 자동차 조립 라인에서 어떤 차들은 엔진은 설치되었지만 바퀴는 달리지 못한 채로 남겨진 것과 같았습니다. 이는 박테리아가 이 일을 끝내기 위해 단 하나의 도구만을 가진 것이 아니라, 전체 도구 세트(toolkit)를 필요로 한다는 점을 시사했습니다.

새로운 발견: 2인 팀
이 논문은 새롭게 발견된 일꾼인 BilV(Bilirubin Vinyl Reductase의 약자)를 소개합니다. 빌리루빈 분자를 두 가지 다른 종류의 '자물쇠'를 풀어야 부서지는 복잡한 퍼즐이라고 생각해 보세요:

1. "브릿지(Bridge)" 자물쇠: 이는 기존의 일꾼인 BilR이 담당합니다. BilR은 퍼즐의 중앙 브릿지를 끊는 법을 아는 전문가와 같습니다.
2. "사이드 패널(Side-Panel)" 자물쇠: 이 부분이 까다로운 부분인데, BilR은 이를 풀 수 없었습니다. 새로운 발견인 BilV가 바로 이 사이드 패널(구체적으로는 비닐 그룹)을 다루는 전문가입니다.

박테리아가 BilR만 가지고 있다면, 그들은 일의 절반만 수행할 수 있어 퍼즐을 반쯤 완성된 상태로 남겨두게 됩니다. 하지만 박테리아가 BilR과 BilV 둘 다 가지고 있다면, 그들은 완벽한 팀을 이룹니다. BilR은 브릿지를 끊고, BilV는 사이드 패널을 떼어내어, 퍼즐을 완전히 해결하고 유로빌리노겐으로 변화시킵니다.

유전적 "도구 상자"의 연결 고리
연구진은 이 두 일꾼이 박테리아의 유전 청사진(DNA)에서 보통 서로 옆집에 살고 있다는 것을 발견했습니다. 하지만 모든 박테리아가 동일한 도구 상자를 가진 것은 아닙니다:

• 어떤 박테리아는 "풀 키트(Full Kit)"(BilR + BilV)를 가지고 있습니다.
• 다른 박테리아는 "숏 키트(Short Kit)"(BilV가 없는 버전의 BilR만 보유)를 가지고 있습니다.

누가 어떤 키트를 가지고 있을까?
연구팀은 14가지 서로 다른 척추동물(등뼈가 있는 동물)의 장내 박테리아를 조사했고, 동물이 무엇을 먹느냐에 따른 흥미로운 패턴을 발견했습니다:

• 육식 동물(Carnivores) 및 잡식 동물(Omnivores): 이들의 장내 박테리아는 주로 **"풀 키트"**를 보유하고 있습니다. 이들은 두 명의 일꾼을 모두 가지고 있어 빌리루빈 폐기물을 완전히 분해할 수 있습니다.
• 조류(Avians): 이들의 장내 박테리아는 주로 **"숏 키트"**를 보유하고 있습니다. 이들은 BilV 일꾼이 빠져 있습니다. 결과적으로 이들의 박테리아는 일을 끝내는 데 어려움을 겪으며, 과학자들이 수년 전 관찰했던 '반쯤 환원된 폐기물의 지저분한 혼합물' 상태를 남기게 됩니다.

핵째 요약
요약하자면, 이 논문은 빌리루빈을 폐기물로 바꾸는 과정이 단일 효소에 의해 수행되는 한 단계의 과정이 아님을 밝혀냈습니다. 그것은 서로 다른 전문성을 가진 두 가지 특정 효소가 필요한 릴레이 경주와 같습니다. 동물의 장내 박테리아가 이 경주를 완주할 수 있는지 여부는 전적으로 그들이 두 일꾼 모두에 대한 유전적 "청사진"을 가지고 있는지에 달려 있으며, 이는 숙주가 조류인지, 육식 동물인지, 혹은 잡식 동물인지에 따라 다르게 진화한 형질임이 드러났습니다.