곤충들의 유전자들을 추적함으로써 얻는 것들
[과학기술동향 2005/11/05]

새 시대가 시작되면서 전세계 연구자들은 각다귀 보다 더 작은 곤충을 상세하게 이해하게 되었다. 흔히 초파리(Drosophila melanogaster)로 불리는 이 생물은 모든 유전적인 물질에 대해 알려진 최초의 곤충이다. 썩은 과실을 먹이로 취해 대개는 2주 정도 삶을 사는 초파리의 단순한 특성으로 인해 거의 1세기 동안 하나의 연구 모델 생물로 활용되어 왔다. 그리고 이것의 게놈 염기서열이 2000년에 완성되어 초파리는 이제 곤충 기주 적응 및 진화생물학에서 인간의 건강과 질병에 이르는 다양한 주제에 관한 탐구용으로서 훨씬 더 많은 기회들을 제공해 주고 있다.

초파리는 맥주발효효모와 회충과 같은 다른 하등 생물들에 대한 이해가 이뤄지면서 염기서열 분석이 이뤄진 최초의 곤충이다. 일부 사람들은 이러한 연구가 이들을 마지막 대상으로 할 것으로 생각했다. 동물계와 연관된 무척추동물들인 곤충들이 갖고 있는 유전 물질들이 다르지 않을 것이라고 생각했었다. 미농업연구청 소속 연구자들을 포함한 많은 연구자들은 이와 같은 생각이 거의 들어맞지 않는다는 것을 밝혀내고 있다. 지구상에서 가장 풍부한 생물들로서 곤충들은 가장 다양한 생물 종으로 생각된다. 이들은 매우 다양한 식물들이나 작물들을 기주로 이용할 뿐만 아니라 다양한 세균, 바이러스 그리고 병원체들을 매개하고 전파시킬 수 있다.

예를 들어 농업 해충들 중 가장 중요한 진딧물의 경우를 들어보자. 지금까지 과학계에 알려진 종만하더라도 400종 이상이다. 이들 종 각각은 많은 아종들이나 계통들을 갖고 있고 특정한 식물이나 작물 종들에 완벽하게 적응하였다. 진딧물과 다른 곤충들은 잠재적으로 파괴적인 해충들로 만드는 것이 바로 이러한 진화적인 적응이다.

곤충은 전 세계 작물 생산과 곡물 저장 노력들에 가장 큰 장애 요인들이다. 이들은 또한 아시아비단벌레와 서울호리비단벌레와 같이 미국에 위협을 가하고 있는 침입 종들처럼 자생지 산림의 수목들을 멸종시킬 정도의 위험성을 갖고 있다. 더불어 해충으로 인한 미국 농업계가 새롭고 지속적인 방제 전략들을 사용함으로써 입고 있는 경제적인 피해는 년간 2천6백만 달러에 달한다.

그러나 곤충들은 또한 농업에 있어 중요한 역할을 하고 있다. 예를 들어, 년간 1백5십억 달러의 경제적 효과를 가져다 주고 있는 꿀벌이 없다면 과일, 채소 그리고 견과류를 미국에서 생산할 수 없게 될 것이다. 몇몇 기생봉들을 포함한 다른 유용 곤충들이 많은 생물적 방제 전략에 있어 근간을 이루고 있다. 이들은 살충제에 대한 우리의 의존성을 줄이면서 해충 개체군들을 감소시키기 위해 활용된다. 이들 곤충들의 유전자들을 상세히 조사함으로써 미농업연구청 연구자들은 해충 종들을 조절할 방법들과 유용 곤충 종들을 증가시킬 방법들에 관한 새로운 단서들을 밝혀내고 있다. 해충들에 대처하는 대체법들은 화학적 방제법들이 효과를 발휘하지 못하거나 점점 증가하고 있는 건강과 환경문제로 인해 요구되는 시점이다.

시간이 흐르면서 자신들의 유전적 구성에 대한 재빠른 재조정을 통해 많은 곤충들은 화학제들을 회피할 수 있게 되었다. 600종의 각기 다른 작물과 식물을 기주로 삼는 해충으로 알려진 콩진딧물이 가장 좋은 본보기이다. 살충제는 더 이상 일부 진딧물 종들에게는 무용지물이다. 따라서 농민들은 이러한 화학제 처리를 점점 늘리는 경향이 있고, 반면에 진딧물들은 지속적으로 이러한 방제원들을 우회하는 방법들을 발달시키고 있다.

농업연구청 곤충학자인 Wayne Hunter는 콩진딧물의 회피기작들을 밝혀내는데 공헌해온 사람이다. Princeton 대학 연구원으로서 한 프로젝트를 주도한 Hunter와 다른 동료 연구원들은 이 진딧물의 유전자 서열을 분석하는데 도움을 주었다. 그 프로젝트는 올해 초 국립보건원 산하 국립휴먼게놈연구소에서 승인한 것이었다. 활용 가능한 이러한 유전적인 결과들을 이용해서 이들 연구자들은 모다 신속하게 진딧물 유전자들을 밝혀낼 수 있었고 그것의 탄력성을 알려줄 것이다. Hunter는 벌써 이 진딧물이 화학 농약들에 노출될 때 무독화시키는데 관여하는 특정한 효소들을 생산하도록 도움을 주는 유전자들을 밝혀냈다.

이들 연구자들은 또한 글래스윙샤프슈터(glassy-winged sharpshooter)라는 또 다른 해충의 유전자들에 관한 연구를 수행 중이다. 이 곤충은 대부분 포도와 같은 식물들에 치명적인 포도 피어스병을 일으키는 세균 Xylella fastidiosa를 매개한다. 이 곤충의 가장 큰 잇점들 중 하나는 극도의 온도 변화에도 견뎌낼 수 있는 능력이다. 보다 많은 연구를 통해 이 곤충이 구축하고 있는 자동적으로 온도를 조절하는 이들 유전자들에 대한 정보가 언젠가는 밝혀질 것이다.

게다가 미농업연구청 연구자들인 Jay Evans와 Kate Aronstein은 꿀벌과 이것의 병원균들의 염기서열을 분석하고자 하는 노력을 하고 있다. 유용한 기생봉인 파리금종벌(Nasonia vitripennis) 역시 유전자 분석을 위해 준비하고 있는 생물들의 목록에 들어 있는 곤충이다. 이들 조그마한 기생봉들은 집파리와 금파리 같은 귀찮은 파리들의 중요한 생물적 방제원들이다. 곤충학자 Hunter는 그 기생봉의 유전자 분석에 필요한 DNA를 제공했고 그 프로젝트를 조사하는데 도움을 줄 것이다. 그리고 마지막으로 미농업연구청 잡지에 게재된 한 논문에서는 농업연구청 곤충학자가 어떻게 외골격과 같은 곤충들의 가장 성공적인 적응성들 중 하나를 조절하는 유전자들을 밝혀내는데 도움을 주었는 지에 대해서 다루고 있다. 그리고 이 곤충학자는 거짓쌀도둑거저리(Tribolium castaneum)와 같은 흔한 해충을 이용해서 이러한 연구를 수행했다.