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[바이오토픽] 세계 최강의 흰줄숲모기, 중국의 두 섬에서 거의 박멸
생명과학 양병찬 (2019-07-18 09:38)

세계 최강의 흰줄숲모기, 중국의 두 섬에서 거의 박멸

연구자들은 '세계에서 가장 지독한 모기'로 알려진 흰줄숲모기(Aedes albopictus)를 중국 광저우(广州)의 두 섬에서 거의 전멸시켰다.

그들은 사상 최초의 현장실험에서, 두 가지 유망한 통제기법을 결합하여 흰줄숲모기 개체군을 최대 94% 줄였다. 7월 17일 《Nature》에 실린 논문에 따르면(참고 1), 이러한 양면적 접근법(two-pronged approach)을 구성하는 전략 중 하나는 '암컷을 불임으로 만드는 전략'이고, 다른 하나는 '수컷을 세균에 감염시키는 전략'이다. 그리고 두 번째 전략에서 사용된 세균은 볼바키아 피피엔티스(Wolbachia pipientis)로, 모기의 생식능력과 (뎅기열이나 지카와 같은 질병을 초래하는) 바이러스 전파능력을 억제하는 역할을 한다.

논문과 함께 실린 논평(참고 2)에서, 워싱턴 DC 소재 조지타운 대학교의 피터 암브러스터(모기생태학)는 이렇게 말했다. "이것은 지금껏 실시된 현장실험 중에서 흰줄숲모기를 가장 성공적으로 박멸시킨 것 중 하나다. 살충제 등의 다른 통제방법과 병행할 경우, 연구진이 사용한 양면적 접근법은 매우 강력한 도구가 될 수 있을 것이다."

기존 통제방법의 문제점

선행연구에서는 다량의 수컷 해충(예: 나선구더기)을 엑스선으로 거세한 다음 목표지점에 살포하여, 야생형 해충의 개체군을 감소시킬 수 있음을 보인 바 있다. 그러나 그런 방법은 모기를 통제하는 데는 비효율적이다. 왜냐하면 거세된 수컷이 짝짓기를 계속할 수는 있지만, '거세되지 않은 수컷'보다 서툴기 때문이다.

그에 대한 대안으로, 연구자들은 실험용 모기를 볼바키아에 감염시켰다(참고 3). 볼바키아는 많은 곤충들에서 자연스레 발견되며, 그중에는 흰줄숲모기가 포함된다. '특정 볼바키아 균주의 조합'에 감염된 수컷이 '다른 볼바키아 균주의 조합'에 감염된 암컷과 짝짓기할 경우, 그들은 자손을 만들 수 없다.

볼바키아의 세포질 불일치(CI: cytoplasmic incompatibility) 전략

(1) 단방향 CI(unidirectional CI): 감염된 수컷과 미감염 암컷이 짝짓기를 할 경우, 세포질이 불일치하므로 암컷은 생존 불가능한 알(CI)을 낳는다. 다른 경우, 암컷은 모두 생존가능한 알을 낳을 수 있다.
(2) 양방향 CI(bidirectional CI): 볼바키아 균주I에 감염된 수컷과 볼바키아 균주II에 감염된 암컷이 짝짓기를 할 경우, 세포질이 불일치하므로 암컷은 생존 불가능한 알(CI)을 낳는다. 암컷이 생존 가능한 알을 낳으려면 수컷과 동일한 균주에 감염되어야 한다. / © 위키피디아; 에드 용, 『내 속엔 미생물이 너무도 많아』, 어크로스 (2017), p. 128

볼바키아의 세포질 불일치(CI: cytoplasmic incompatibility) 전략

"그러나 '특정 볼바키아 조합'에 감염된 수컷만을 자연계에 살포하는 것이 필수적이다"라고 이번 연구를 이끈 미시간 주립대학교(이스트랜싱)의 시즈융(奚志勇; 의료곤충학)은 말했다. "만약 특정 볼바키아 조합에 감염된 암컷도 방출된다면, 동일한 볼바키아 칵테일에 감염된 수컷과 짝짓기하여 자손을 만들 수 있기 때문이다. 그들의 자손이 궁극적으로 지역의 모기 개체군을 대체한다면, 볼바키아 감염에 의존하는 미래의 통제시도가 더 어려워질 수 있다."

볼바키아를 이용한 모기박멸 전략: 개체군억제 vs 개체군대체

a. 모기의 개체군을 통제하는 것을 개체군억제(population suppression)라고 하는데, 개체군억제의 한 가지 방법은 볼바키아(Wolbachia)라는 세균의 특정 균주에 감염된 수컷모기를 자연계에 방출하는 것이다. ‘특정 볼바키아에 감염된 수컷모기’가 '동일한 볼바키아에 감염되지 않은 암컷모기'와 짝짓기할 경우, 생존가능한 새끼(viable offspring)를 낳을 수 없다.

Zheng et al.(참고 1)은 흰줄숲모기의 개체군을 억제하기 위해, 흰줄숲모기 수컷을 '다른 모기(집모기)를 감염시키는 볼바키아(wPip)'에 감염시킨 다음 자연계에 방출했다.

b. 그런데 그 과정에서 wPip에 감염된 암컷모기는, 어떤 수컷과 짝짓기를 하더라도(수컷을 감염시킨 볼바키아의 균주와 무관하게) 생존가능한 새끼를 낳을 수 있다. 그러므로 'wPip에 감염된 암컷모기'가 실수로 방출될 경우, '야생형 암컷모기'는 'wPip에 감염된 암컷모기'보다 새끼를 덜 낳게 된다. 그리하여 wPip 감염이 신속하게 전파되면, 지역의 모기 개체군이 대체(population replacement)될 것이다.

단, Zheng et al. 등은 'wPip에 감염된 암컷모기'의 '질병을 옮기는 바이러스 감수성'이 '야생형 암컷모기'보다 낮다는 사실을 증명했다. 따라서 이 경우에는, 개체군이 대체되더라도 바이러스 전염은 여전히 줄어들게 될 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 통제 목적으로 다량의 모기를 사육하는 시설에서는 통상적으로 '몸집 차이'에 기반하여 수컷과 암컷을 기계적으로 격리한다. 그러나 그 방법은 완벽하지 않으므로, 연구자들은 수작업으로 암컷모기를 걸러내야 한다. 그건 지루하고 시간이 많이 소요되는 작업이므로, 자연계에 방출되는 모기의 수가 제한될 수밖에 없다. 그래서 시(奚)가 이끄는 연구팀은 이처럼 번거롭고 비효율적인 작업의 필요성을 제거하는 연구에 착수했다.

제3의 볼바키아

흰줄숲모기의 야생형 개체군은 자연계에서 두 가지 계열의 볼바키아에 감염된다. 연구팀은 야생형 모기를 '제3의 볼바키아'에 감염시킴으로써 '세 가지 변이체를 보유한 모기'라는 실험용 집락을 만들었다. 그런 다음, 연구팀은 실험용 모기를 저선량 방사선에 노출시켰는데, 그 수준에서 암컷은 불임이 되고 수컷의 짝짓기 능력은 약간만 감소되었다.

2016년과 2017년 모기의 번식기가 피크를 이루는 동안, 연구팀은 광저우의 강(江)에 있는 2개 섬의 거주지역에서, 매주 1 헥타아르당 16만 마리 이상의 실험용 모기를 살포했다. 광저우는 중국에서 뎅기열 감염률이 제일 높은 곳이다.

연구팀의 바람은, 모기의 개체군을 크게 줄이는 것이었다. 왜냐하면 '변형된 수컷'과 짝짓기하는 '야생형 암컷'은 물론, '실험실에서 불임이 된 암컷'과 짝짓기하는 '야생형 수컷'이 모두 자손을 만들 수 없기 때문이다. 연구팀은 암컷 모기 성체의 개체군 감소를 추적했는데, 그 이유는 사람을 깨물어 질병을 전파하는 쪽이 암컷이기 때문이다. 그 결과 - 예상했던 대로 - 야생형 암컷 성체의 개체수는 2016년에 83%, 2017년에는 94% 감소한 것으로 나타났다.

스케일의 문제

"이번 실험결과는 매우 인상적이다"라고 켄터키 대학교(렉싱턴)의 스티븐 돕슨(의료곤충학)은 말했다. 돕슨은 모스키토메이트(MosquitoMate)의 설립자인데, 이 회사는 "볼바키아를 이용한 흰줄숲모기 통제"를 상업화한 바이오업체다.

"흰줄숲모기를 통제하는 기존의 전략(살충제 살포, 모기가 알을 낳은 물웅덩이 제거)운 비효율적이다"라고 돕슨은 말했다. 그도 그럴 것이, 흰줄숲모기는 (모니터링하기 어려운) 은밀한 장소에 알을 낳으며, 흔한 살충제에 대한 저항성을 발달시키는 경향이 있기 때문이다. "이번 논문에 기술된 것과 같은, 새로운 도구의 개발이 절실히 요망된다."

"그러나 커다란 지역에서 효과적인 공중보건 전략을 펼치려면, 규모를 확대해야 한다. 연구팀의 다음 과제는, 스케일을 확장하는 것이다"라고 호주 브리즈번 소재 QIMR 버그호퍼 의학연구소(QIMR Berghofer Medical Research Institute)의 고르다나 라시치(분자곤충학)는 말했다.

라시치는 '볼바키아 기반 접근방법'을 유망한 전략으로 평가하며, 그런 도구를 개발하고 테스트하면 모기매개질병(mosquito-borne disease)의 발병을 감소시키는 데 도움이 될 거라고 기대하고 있다. "모기를 통제할 수 있다니! 우리는 매우 흥미로운 시대에 살고 있다"라고 그녀는 말했다.

※ 참고문헌
1. Zheng, X. et al. Nature (2019); https://doi.org/10.1038/s41586-019-1407-9
2. https://www.nature.com/articles/d41586-019-02000-0
3. https://www.nature.com/news/bacteria-could-be-key-to-freeing-south-pacific-of-mosquitoes-1.22392 (한글번역 https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=285543&SOURCE=6)

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-02160-z

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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