토양 유기체는 식품, 섬유질, 인간 및 지구의 건강을 위해 우리가 의존하는 고유한 기능을 중재합니다. 토양 생명의 중요성에도 불구하고 토양 생물 다양성에 대한 정량적 평가가 부족하여 토양 생명 보호, 보존 및 복원의 중요성을 옹호하기가 어렵습니다. 여기에서 우리는 토양이 미생물에서 포유류에 이르기까지 모든 것을 포함하여 생명체의 59%의 고향일 가능성이 있음을 보여줍니다. 우리의 열거는 이해당사자들이 생물다양성 위기에 직면한 토양을 보다 정량적으로 옹호할 수 있도록 합니다.
초록
토양은 생명 나무 전체에 걸쳐 다양한 유기체의 거대한 서식지이지만 얼마나 많은 유기체가 토양에 살고 있는지는 놀랍게도 알려지지 않았습니다. 토양 생물다양성을 열거하려는 이전의 노력은 특정 유형의 유기체(예: 동물)만 고려하거나 토양에 사는 종과 다른 서식지를 구분하지 않고 다양한 그룹에 대한 값을 보고했습니다. 여기에서 우리는 토양이 지구에 있는 종의 59 ± 15%에 서식할 가능성이 있음을 보여주기 위해 생물다양성 문헌을 검토했습니다. 따라서 우리는 이전 추정치보다 약 2배 더 큰 토양 생물 다양성을 추정하고 가장 단순한(미생물) 유기체에서 가장 복잡한(포유류) 유기체까지 대표를 포함합니다. Enchytraeidae는 토양에서 가장 많은 종의 비율(98.6%)을 가지고 있으며, 그 다음으로 균류(90%), Plantae(85.5%) 및 Isoptera(84.2%)가 있습니다. 우리의 결과는 토양이 가장 생물 다양성이 높은 단일 서식지임을 보여줍니다. 토양 생물다양성에 대한 이 추정치를 사용함으로써 우리는 인류세의 중심 목표로서 토양 유기체의 보존과 복원을 보다 정확하고 정량적으로 옹호할 수 있습니다.
Daily briefing: More than half of all life on Earth lives underground
RNA polymerase (blue) unwinds DNA (violet), using it as a template to produce a strand of messenger RNA (red). In aged cells, this process accelerates.Credit: selvanegra/Getty
4월 12일 네이처 (Nature)에 발표된 연구에 따르면 노화는 인간, 초파리, 쥐, 생쥐, 벌레 등 5가지 매우 다른 생명체에서 같은 방식으로 세포 과정에 영향을 미치는 것으로 보입니다. 이 연구 결과는 노화를 유발하는 원인을 설명하고 이를 되돌리는 방법에 대한 제안을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다.
호주 UNSW 시드니의 생화학자인 Lindsay Wu는 “이것은 우리가 어떻게 그리고 왜 노화하는지 이해하는 근본적이고 새로운 영역을 열어줍니다.”라고 말합니다.
동물이 나이를 먹으면 세포 내부의 다양한 분자 과정의 신뢰성이 떨어집니다. 유전자 돌연변이가 더 자주 발생하고 염색체 끝이 끊어져 짧아집니다. 많은 연구에서 노화가 유전자 발현에 미치는 영향을 조사했지만, 전사(유전 정보가 청사진 DNA 가닥에서 RNA 분자로 복사되는 과정)에 미치는 영향을 조사한 연구는 거의 없었습니다.
부주의한 복사
이를 알아보기 위해 Beyer와 그의 동료들은 서로 다른 성인 나이에서 선충류, 초파리, 생쥐, 쥐, 인간 등 5가지 유기체의 게놈 차원의 전사 변화를 분석했습니다. 연구자들은 노화가 전사를 유도하는 효소인 RNA 중합 효소 II(Pol II)가 RNA 사본을 만들 때 DNA 가닥을 따라 움직이는 속도를 어떻게 변화시켰는지 측정했습니다. 그들은 평균적으로 Pol II가 나이가 들면서 더 빨라지지만 다섯 그룹 모두에서 덜 정확하고 오류가 발생하기 쉽다는 것을 발견했습니다. “우리는 판독과 참조 게놈 사이에 더 많은 불일치를 보았습니다.”라고 Beyer는 말합니다.
이전 연구에서는 식단을 제한하고 인슐린 신호를 억제하면 많은 동물에서 노화를 지연시키고 수명을 연장할 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문에 연구자들은 이러한 조치가 Pol II의 속도에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 인슐린 신호 유전자에 돌연변이를 일으키는 벌레, 생쥐, 초파리에서 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 효소는 또한 저열량 식이요법을 한 쥐에서 더 느리게 이동했습니다.
그러나 궁극적인 질문은 Pol II 속도의 변화가 수명에 영향을 미치는지 여부였습니다. Beyer와 그의 팀은 Pol II를 늦추는 돌연변이를 지닌 초파리와 벌레의 생존을 추적했습니다. 이 동물들은 돌연변이가 없는 동물들보다 10%에서 20% 더 오래 살았습니다. 연구자들이 벌레의 돌연변이를 되돌리기 위해 유전자 편집을 사용했을 때 동물의 수명이 단축되었습니다. Beyer는 “그것은 정말 인과 관계를 확립했습니다.”라고 말합니다.
속도를 높이다
연구원들은 Pol II의 가속이 DNA가 세포 내부에 채워지는 방식의 구조적 변화로 설명될 수 있는지 궁금해했습니다. 그들이 차지하는 공간을 최소화하기 위해 유전 정보의 방대한 실은 뉴클레오솜이라는 묶음으로 히스톤이라는 단백질 주위에 단단히 감겨 있습니다. 연구원들은 인간 폐 세포와 제대 정맥 세포를 분석하여 노화된 세포에는 더 적은 뉴클레오솜이 포함되어 있어 Pol II가 더 빨리 이동할 수 있는 경로를 원활하게 한다는 것을 발견했습니다. 팀이 세포에서 히스톤의 발현을 증가시켰을 때 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 초파리에서 히스톤 수치가 높아지면 수명이 늘어나는 것 같았습니다.
영국 글래스고 대학교에서 포유류의 노화를 연구하는 콜린 셀먼(Colin Selman)은 이 연구는 먼 관련 종에 걸쳐 노화 메커니즘이 어떻게 일관성이 있는지를 보여주는 “정말 흥미로운 작업”이라고 말했습니다. 또한, Pol II가 노화 과정을 늦추는 약물의 표적이 될 방법을 탐색할 수 있는 문을 열어줍니다. Pol II의 전사 과정에 대한 변화는 다양한 유형의 암을 포함한 많은 질병에 연루되어 있으며 Pol II와 이를 촉진하는 분자를 표적으로 하는 다양한 약물이 개발되었습니다. “노화에 미치는 영향을 조사하기 위해 이러한 약물 중 일부를 효과적으로 용도 변경할 기회가 있을 수 있습니다.”라고 Selman은 말합니다.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01040-x
References
Debès, C. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05922-y (2023).
Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity
