- 없으면 생존율 낮고
- 숙주도 성장더뎌 몸집 작아

- 해충 퇴치에 탁월 효과 기대
- 인간 공생균 연구에도 기여

부산대 연구팀이 곤충의 장에 서식하는 공생균의 생존 비밀을 풀었다. 1000여 종에 이르는 인체 내 공생균의 연구는 물론 친환경적인 농작물 해충 방제에도 기여할 것으로 기대된다.

부산대 이복률(약대·사진) 교수팀과 일본 산업기술종합연구소(AIST) 후카츠 박사팀은 콩이나 벼 등의 잎에 붙어 즙액을 빨아먹는 '톱다리 개미허리 노린재'와 그 장에 서식하는 공생균 '벅홀데리아'의 공생모델 시스템을 규명했다고 16일 밝혔다. 이 노린재의 장에는 벅홀데리아만 공생균으로 생존해 추출이 쉽고 시험관에서 배양할 수 있어 공생모델 연구가 가능했다고 설명했다.

장내 공생균은 숙주(생물이 기생하는 대상)가 얻지 못하는 영양분을 확보하거나 숙주의 면역력을 높이는 등 긍정적인 영향을 끼칠 수 있어 공생 관계의 분자적 메커니즘에 대한 연구가 활발하다. 문제는 공생균이 숙주의 특정세포에서만 살 수 있어 시험관 배양이 어렵고, 많은 공생균 가운데 배양할 수 있는 종만 분리하는 것도 쉽지 않아 숙주와 공생균의 관계에 관해 이해하는 데 한계가 있다는 점이다.

	부산대 이복률 교수팀이 연구한 톱다리 개미허리 노린재(A)와 노린재의 장 구조(B), 공생균이 살고 있는 장의 확대 촬영 부분(C) 및 장 안에 있는 벅홀데리아 모습(D). 한국연구재단 제공

이 교수팀은 AIST팀과의 국제협력 연구를 통해 공생균을 보유한 곤충과 공생균이 없는 곤충을 다량으로 생산했다. 이를 통해 공생균들이 어떤 메커니즘으로 숙주와 상호작용을 하는지 규명하려고 시도했다.

공동 연구팀은 톱다리 개미허리 노린재의 장에서 벅홀데리아가 생존하는 데 세포내 알갱이 형태로 존재하는 미생물 폴리에스테르인 PHA가 필수인자라는 사실을 밝혀냈다. PHA는 자연계에 존재하는 미생물이 거친 환경에 적응하기 위해 세포 내에 합성하는 플라스틱 같은 물질이다. 연구팀이 PHA에 주목한 것은 실험실에서 독립적으로 배양한 경우와 달리 곤충의 장에 있는 공생균에서는 PHA를 구성하는 단백질이 유독 많이 발견됐기 때문이다.

연구팀은 PHA가 공생에 어떤 영향을 주는지 살펴보기 위해 유전자 조작 등을 통해 3가지 형태의 돌연변이를 만들었다. 실험 결과 PHA를 만들지 못하는 돌연변이 공생균은 영양분이 부족하거나 온도가 높아지는 등의 스트레스 환경에 노출되면 잘 생존하지 못했다. 뿐만 아니라 PHA가 없는 돌연변이 공생균에 감염된 곤충은 성장이 느리고 몸집도 작은 것으로 나타났다. 공생균이 숙주인 곤충의 성장에까지 영향을 준다는 것을 확인한 것이다.

연구 성과에 대해 이 교수는 "곤충의 장에 있는 공생균은 인간의 장 속에 있는 공생균과도 무관하지 않아 인체에 미치는 영향에 대한 기초연구에 기여할 수 있을 것"이라며 "톱다리 개미허리 노린재는 농작물에 피해를 입히는 해충이어서 환경친화적인 해충조절 방법을 개발하는 데도 도움이 될 것"이라고 설명했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업(GRL)의 지원을 받았고, 연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 6월 10일자에 게재됐다.