부산대학교 약학대학 이복률 교수 연구팀이 일본 산업기술종합연구소(AIST) 후카츠 박사 연구팀과 공동 수행한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 글로벌연구실사업(GRL)의 지원을 받아 수행되었고 연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 6월 10일자에 게재됐다.(논문명 : Polyester synthesis genes associated with stress resistance are involved in an insect-bacterium symbiosis)
연구팀에 따르면 장내 공생균은 숙주가 얻지 못하는 영양분을 확보하거나 면역력을 높이는 등 긍정적인 영향을 끼칠 수도 있어 공생관계의 분자적 메커니즘에 대한 연구가 활발하다. 하지만 공생균은 숙주의 특정세포에서만 살 수 있어 시험관 배양이 어렵고 무수히 많은 공생균 가운데 배양할 수 있는 종만 분리하는 것도 어려워 공생관계에 대해 이해하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 콩이나 벼 등의 즙액을 빨아 먹는 톱다리 개미허리 노린재와 그 장에 서식하는 공생균 벅홀데리아의 공생모델 시스템을 구축해 이같은 문제를 풀었다. 이 노린재의 장에는 공생균으로는 벅홀데리아만 살고 있어 추출이 쉬워 시스템 구축이 가능했다.
이를 이용해 세포내 알갱이 형태로 존재하는 미생물 폴리에스테르 PHA가 벅홀데리아가 톱다리 개미허리 노린재의 장에서 공생하는데 필수인자임을 밝혀냈다. 연구팀이 PHA에 주목한 것은 실험실에서 독립적으로 배양한 경우와 달리 곤충의 장에 있는 공생균에서는 PHA를 구성하는 단백질(Phasin)이 유독 많이 발견됐기 때문이다.
PHA(polyhydroxyalkanoate)는 척박한 환경에서 공생균이 살아남기 위해 영양분이 풍부할 때 당(sugar)이나 물에 잘 녹지 않는 지질(lipid) 등으로부터 만들어 체내에 축적해 두는 탄소원 저장소. 체내에 과립형태로 존재하는 선형의 폴리에스테르로 분해가능한 바이오플라스틱으로 주목받고 있다.
실제 PHA를 만들지 못하는 돌연변이 공생균은 영양분이 부족하거나 온도가 높아지는 등 스트레스 환경에 노출되면 잘 생존하지 못했다. 뿐만 아니라 돌연변이 공생균에 감염된 곤충은 성장이 느리고 몸집도 작은 것으로 나타나 공생균이 숙주의 성장에도 영향을 미치는 것을 확인했다.
이 교수는 “곤충의 장 공생균이 인간의 장 공생균과 무관하지 않아 인체에 미치는 영향에 대한 기초연구에도 기여할 수 있을 것”이라며 “톱다리 개미허리 노린재는 농작물에 피해를 입히는 해충이기도 해 환경친화적인 해충조절방법 개발에도 기여할 것”이라고 밝혔다.
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