정답
① 접합(Conjugation), ② 1개
수평적 유전자 전달 방식은 항생제가 존재하는 환경에서 세균이 생존에 유리한 형질을 빠르게 획득·확산시키는 장점을 가지며, 항생제 반복 사용 시 돌연변이에 의해 항생제 내성 세균이 자연선택을 통해 증가하여 내성 확산이 일어난다.
출제 의도
세균의 항생제 내성 획득 방식 중 돌연변이에 의한 획득과 수평적 유전자 전달에 의한 획득을 구분하고, 특히 플라스미드 이동을 통한 ‘접합’이 어떤 방식인지 이해하며, 항생제 환경에서 수평적 유전자 전달의 진화적 이점을 자연선택의 관점에서 설명할 수 있는지를 평가하는 문제이다.
풀이 과정
자료에 따르면, 한 세균이 다른 세균으로부터 항생제 내성 유전자를 획득하는 수평적 유전자 전달 방법은 다음 세 가지가 있다.
1) 공여세포와 수용세포가 직접 연결되어 DNA(주로 플라스미드)를 전달하는 방식 → 접합(conjugation)
2) 주변 환경의 DNA 조각을 흡수하는 형질전환(transformation)
3) 박테리오파지가 DNA를 운반하는 형질도입(transduction)
따라서 괄호 ①은 ‘접합’이다.
또한 자료에서 “다른 세균으로부터 ② 하나 이상의 항생제 내성 유전자가 포함된 플라스미드가 전이되면서…”라고 하였고, 그림에도 단일 플라스미드가 이동하는 모습이 나타나 있으므로 ②는 ‘1개’이다.
다양한 항생제가 존재하는 환경에서 수평적 유전자 전달 방식의 장점은 다음과 같다.
● 수평적 유전자 전달(HGT)은 한 세대 내에서도 유전자를 주고받을 수 있어, 환경 변화에 매우 빠르게 적응할 수 있다.
● 항생제에 저항성을 주는 플라스미드가 여러 세균 종 사이에서도 이동할 수 있어, 돌연변이에 의존한 내성 획득보다 훨씬 빠른 속도로 내성이 확산된다.
● 여러 종류의 내성 유전자가 하나의 플라스미드에 함께 존재할 수 있어 다제내성(multidrug resistance)이 빠르게 생긴다.
항생제 반복 사용 시 돌연변이에 의한 내성 확산은 자연선택의 관점에서 다음과 같이 설명된다.
● 세균 집단 내에서는 자연적으로 다양한 돌연변이가 발생한다.
● 항생제가 존재하면 대부분의 세균은 죽지만, 우연히 항생제에 저항성을 가지는 돌연변이를 지닌 세균은 생존한다.
● 살아남은 내성 세균이 증식하여 집단 내에서 내성 유전자가 빠르게 증가한다.
● 항생제를 계속 사용할수록 이 선택 압력이 지속되어 내성 세균이 집단을 차지하게 된다.
즉, 돌연변이 → 내성 획득 → 항생제 환경에서 생존률 증가 → 자연선택 → 내성 세균의 확산 순으로 항생제 내성이 퍼지게 된다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>