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식물 이름 맟추기~~~~~입니더

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퀴즈 (1빠는 누굴까?)

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맟춰보세요~~~ (엄청쉬움요)

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하하하하하하 나 지금 집 가는 중 가장 큰 이유 없이 잘 안 되네 ㅎㅎ 

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자 보너스 문제 나갑니다

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한국인이 이걸 못 맞춘다궁?!?!

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맞혀보세요 (이건 맞혀야징)

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이지후 잘맞추던뎅 이지후보다 빨리 맞추는 사람은 누굴까?

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이지후는 맞출수 있을까?

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이지후 어디까지 가나 보쟈

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조아 이것두 맞혀 보시징

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맞춰바 딩딩딩딩딩 딩딩딩딩딩

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생물학, 생명과학연구분야에 있어서의 곤충연구는 주로 누에와 초파리를 각각 재료에 사용하여 행해져 왔다. 특히 1910년대의 고전유전학에 있어서는 이들 2종류의 곤충이 학문적으로 크게 공헌했다. 예를 들면 식물을 사용하여 멘델의 유전의 법칙이 발견된 것은 1865년이지만, 동물로 최초에 멘델의 법칙을 발견한 것은 누에를 재료로 한 동경제국대학의 外山龜太郎 박사의 연구로 1910년의 일이다.

또한, 1910년대에 미국의 몰간 박사(컬럼비아대학)가 초파리를 연구재료에 사용하여 돌연변이의 유발이나 타선염색체조작기술의 개발 등 유전학의 기초적 연구를 하고 있다. 그리고 미국 카네기연구소의 鈴木義昭 박사는 누에를 이용하여 1972년에 진핵생물로는 처음으로 유전자의 메신저 RNA(비단 단백질 피브로인)를 단리하는 데 성공했는데, 이것은 분자생물학에 있어서의 탁월한 연구이다.

초파리를 이용한 연구는 타선염색체를 이용한 염색체조작기술, 유전자도입기술, 돌연변이와 유전자기능을 결부시킨 실험적 수법의 확립 등을 통해서 생물학의 진전에 중요한 역할을 다해 왔다. 초파리는 2000년에 곤충으로는 처음으로 전게놈이 해독되어 곤충의 분자생물학연구의 모델생물로서의 지위가 확립되었다. 한편 모델생물로서 쓸 수 있는 초파리만을 재료로서 하면 다종다양한 곤충이 제 각기 독자적으로 가지는 기능이나 생명 현상을 해석할 수 없어 특수기능을 가지는 다양한 곤충을 재료로 해서 연구 할 필요가 있다. 예를 들면 곤충의 중요한 특성의 하나인 휴면이라고 하는 현상이 초파리에는 없다.

또한 곤충의 특이적 기능을 유지하는 다양한 생체물질의 대부분은 미지이며 생물자원으로서 미개척의 자원이다. 그러한 생물자원을 만들어 내는 다양한 곤충기능을 해석하는 것은 생명과학연구에 공헌할 뿐만 아니라, 생물자원의 활용을 꾀하는 응용연구에 의해 산업의 진흥에 막대한 공헌을 다하는 것이 기대된다.

이 글에서는 이러한 생명과학연구에 있어서의 곤충연구에 초점을 맞추고 최근의 연구의 동향의 일단을 소개한다.

곤충은 몸이 두부·흉부·복부의 3개에 나뉘어 있고 6개의 다리를 가진 생물이다. 곤충은 마찬가지로 마디가 있는 다리를 가진 새우나 게 등의 갑각류와 거미 류 등과 함께 절족동물이라고 하는 동물군에 속해 있다.

지구는 지금으로부터 46억년 전에 탄생했고, 생명이 탄생한 것은 약40억년 전이라고 한다. 그리고 곤충은 3억5천만년 전에 탄생하고 인간은 5십만년 전에 탄생했다고 추정되고 있다. 동물의 진화계통도 상에서 인간이 척추동물 중에서 가장 진화한 동물인 것에 비해 곤충은 뛰어난 감각기능을 가지고 사회성을 가진 존재로써 무척추동물의 정점에 선 동물이라고 여겨지고 있다 (그림1).

주: 척추동물 이외의 동물은 무척주동물이다.

또한 약 100만종으로 추정되고 있는 동물종류 중 인간을 포함한 척추동물이 약4%인데 비해 곤충은 약70%을 차지하고 있다(표1).

곤충이 지구상에서 번영을 쟁취하고 있는 요인으로서 여러 사항을 들 수 있다. 초파리는 10일∼14일, 누에는 50일 정도로 단기간에 행해지는 세대교대로 뛰어난 생식능력, 가혹한 생식환경을 극복하는 데 도움이 되는 휴면·변태, 외적으로부터 몸을 지키는 효과적인 생체방어기구 등이다. 이들은 모두 오랜 세월의 진화 과정에서 획득한 환경에의 적응능력이다. 이러한 다양한 적응능력에 의해 실현한 무한이라고 할 수 있는 다양성을 가진 곤충은 생물자원이라고 하는 관점에서도 대단히 매력적인 연구대상이다.

(표1) 동물계의 종류 구성

생명과학에 있어서의 곤충연구의 중요성

초파리와 누에를 이용한 연구로 의해 발생생물학, 유전학, 분자생물학 등의 기초적 지식을 얻고 있다. 이 성과의 하나로서 초파리와 누에에 있어서 유전자 변환 조작이 가능하게 되었다. 누에와 인간, 가축 사이에는 공통의 병원균이 없기 때문에 누에의 유전자 조작 수법에 의해 생산시킨 유용물질에는 인간이나 가축에의 병원균이 포함되지 않다고 하는 점에서 안전성이 높다고 여겨지고 있다. 실제로 외래유전자를 도입한 바이러스를 사용하여 누에에서 인터페론(interferon) 등의 유용물질을 생산시키는 기술이 개발되어 있다. 현재 고양이의 인터페론에 대해서는 상품화되어 있다.

한편 무척추동물의 정점에 서 있는 곤충은 인간과는 다른 생명의 구조를 많이 가지고 있다. 이들 곤충의 생명활동의 특이성을 해명하는 것은 생명과학연구에 새로운 단면으로의 시사를 준다. 예를 들면 척추동물과 같은 항원항체반응에 의한 면역 시스템을 가지지 않는 곤충이 생산하는 항균성물질중에는 다제내성균(多劑耐性菌)(MRSA)에 효과를 보이는 것이 있으며, 곤충유래 의약품으로서의 응용이 주목되고 있다.

또한 의료분야와 산업분야에 대한 응용연구로서의 곤충연구도 중요하다. 말라리아 원충을 매개하는 학질모기나 잠자는 병의 원인이 되는 원충 trypanosoma를 매개하는 체체파리 등 병의 벡터(vector)가 되는 곤충에 관한 연구도 세계적으로 중요한 연구분야이다. 학질모기에 대해서는 초파리에 이어 곤충으로는 두 번째로 전게놈이 해독되어 있다. 곤충 호르몬의 연구 등에 의해 인위적으로 곤충의 발육을 제어할 수 있게 되면 이들 벡터(vector)의 구제에도 도움이 될 것으로 기대된다.

더욱이 곤충으로부터는 각종의 생리활성물질과 유용생체고분자물질이 발견되었으며 곤충이 산업에 유용한 새로운 화합물의 탐색원으로서 주목받고 있다. 예를 들면 곤충의 공생미생물이 생산하는 유용물질은 인간이나 가축 등의 의약품의 탐색원으로서 기대되고 있다.

이 장에서는 생명과학영역에 있어서 곤충연구의 최근 중요한 연구성과와 동향의 일단락을 소개한다. 구체적으로는 대학 등을 중심으로서 진척된 기초적·학술적 연구로부터 모든 생명과학연구의 기반이 되는 '곤충의 분자생물학연구', 곤충이 소유하는 특이적 기능의 해명연구로서 '곤충의 발육제어와 호르몬 연구', '곤충의 생체방어기구연구', '곤충의 공생미생물연구'를 들 수 있다.

이들의 기초적인 연구에 의거한 응용연구에는 예를 들면 농림수산성이 대응하고 있는 곤충기능을 이용하여 산업화를 목표로 하는 연구 '곤충 테크놀로지' 프로젝트가 있다. 이 프로젝트에는 누에 게놈의 해독의 집중적인 추진과 그것과 병행하여 게놈 정보를 활용해서 표적해충을 선택적으로 방제할 수 있는 새로운 농약을 만드는 것, 유전자조작 기술을 활용해서 곤충의 유용 단백질을 누에에서 대량에 생산시키는 것, 그리고 곤충특유의 물질을 개변·가공해서 의료분야에 적용이 가능한 신규소재의 개발을 진행시키는 것 등의 연구목표가 포함되어 있다(그림2).

곤충의 분자생물학연구

곤충에 있어서의 분자생물학 연구는 초파리 연구가 가장 진행되고 있다. 초파리가 생물학의 실험재료로서 주목을 받은 것은 1910년대에 미국의 몰간 박사(컬럼비아 대학)에 의해 유전학연구의 재료로서 사용된 이래다. 그 후 돌연변이유발법, 타선염색체를 이용한 유전자 매핑(mapping), 한번 일어난 돌연변이를 보유하기 위한 balancer 염색체(치사적인 유전자를 보유할 수도 있다)의 활용 등, 생물학적 실험재료로서의 우위성을 높여 왔다.

초파리에 대해서는 더욱이 1980년대에 P인자라고 하는 트랜스포존(transposon) (움직이는 유전자)의 발견과 그 이용에 의한 형질전환 기술이 확립되어 유전자의 도입이 자유롭게 행하여지게 되었다. 2000년에는 곤충으로서는 최초로 전게놈이 해독되어 모델 생물로서 초파리의 지위는 확립되었다. 초파리에서는 게놈 해독에 근거하는 게놈 인포매팅그를 이용한 유전자기능의 해석 이외, 마이크로(micro) 어레이(array)를 이용한 유전자발현해석, RNAi(RNA interference, RNA간섭)법에 의한 유전자발현의 억제, 유전자 타켓팅(유전자파괴) 등의 수법을 이용해서 유전자기능의 해명이 진척되고 있다.

모델 생물의 전게놈의 해독은 지금까지의 유전자 기능해석의 수법을 근본적으로 변하게 했다. 즉 역유전자해석이라고 불리는 것으로 게놈 데이터베이스로부터 해당 유전자의 기능을 유추할 수 있게 되었기 때문이다. 이 방법을 이용하면 초파리의 게놈 정보로부터 다른 생물의 호모로그(homology)의 유전자(상동유전자)의 기능을 추정할 수 있다. 이와 같이 하나의 생물종에서의 전게놈의 해독은 그 생물의 모든 생명활동의 해명에 기여할 뿐만 아니라, 주변분야에 대하여 다양한 파급효과를 초래한다.

곤충 게놈해독에 관해서는 2000년에 초파리의 게놈 해독(미국 세레라·제노믹스사와 대학과의 공동연구팀), 2002년에 학질모기의 게놈 해독(미국 세레라·제노믹스사와 유럽의 국제공동연구팀)이 각각 종료했다. 일본이 진척시키고 있는 곤충 게놈 해석연구로서 누에 게놈 연구가 있다(표2).

(표2) 곤충게놈 해독 프로젝트의 상황

누에는 인시목(鱗翅目)곤충에게 속하며 게놈 해독이 종료된 초파리나 학질모기가 속하는 쌍시목(　翅目)곤충과는 생물진화의 과정에서의 분기가 지금으로부터 적어도 2억4천만년 전이라고 말해질 만큼에 격차가 있다. 이 격차는 포유류와 조류와의 격차에 상당하고, 초파리, 학질모기라고 하는 곤충으로 게놈 해독이 종료됐기 때문에 누에의 게놈 해독의 필요성이 적어질 성질의 것이 아니다.

누에의 게놈 연구는 현재, 곤충생명과학연구의 중점영역으로서 일본뿐만 아니라 세계적으로도 주목을 모으고 있다. 농림수산성에서는 2002년도 보정예산에 의해 누에 전게놈을 숏건(shotgun) 방식에 의한 해독에 착수했다. 이 숏건 방식에 의한 해독은 2003년도 이후도 '곤충 테크놀로지' 프로젝트 중에서 정력적으로 추진되며, 될 수 있는 한 빠른 시기에 해독을 종료하는 것으로서 하고 있다(표3).

현상태에서는 누에 게놈의 전염기배열의 해독은 이제 시작단계이어서 유전자의 기능해석, 게놈 창약 등 게놈의 이용이라고 하는 관점에서 조속히 해독을 해야 할 필요가 있다. 누에의 전게놈 조기완전해독을 위하여, 일본에서 인간이나 마우스 혹은 각종 미생물 게놈의 해독을 행한 실적이 있는 기관 등으로부터 더 많은 연구지원이 필요하다.

(표 3) 누에게놈연구를 진행해 온 주요 프로젝트와 성과

① EST(expressed sequence tag 발현배열 택)

메신저 RNA의 상보적(complementary)DNA(cDNA)의 부분염기배열을 EST라고 부른다. cDNA는 세포내에서 발현된 유전자의 염기배열을 의미하고, EST는 세포내에서 발현되고 있는 유전자에 도달하는 수단의 하나로 여겨지고 있다.

② BAC(bacterial artificial chromosome 박테리아 인공염색체)

100킬로 염기를 넘는 게놈 단편을 삽입할 수 있는 박테리아 유래의 인공염색체. BAC는 취급이 쉽기 때문에 전게놈을 망라하는 정렬화 라이브러리를 구축할 때 이용할 수 있다.

유전자조작에 의해 유용물질을 곤충에서 생산시키는 수법을 산업에 응용할 때는 누에 쪽이 초파리보다도 적합하다고 여겨지고 있다. 그 큰 이유로서 균일한 견(絹) 단백질을 체외에 대량으로 만든다고 하는 누에 특유의 시스템을 사용할 수 있는 것 등을 들 수 있다. 단, 누에의 알에는 단단한 알 껍질이 있어 알의 유전자조작이 다소 어렵다고 하는 불리한 점도 있다.

곤충의 발육제어와 호르몬 연구

곤충 호르몬으로서는 탈피 호르몬과 유약(幼若) 호르몬이 탈피·변태 등을 제어하는 것이 비교적 오래 전부터 알려져 있다. 그리고, 최근 탈피 호르몬과 유약 호르몬을 제어하는 뇌 호르몬으로서 각종 펩티드(Peptide) 호르몬의 구조가 밝혀졌다. 표 4에 나타낸 것과 같이 곤충 호르몬 (특히 펩티드 호르몬)의 연구분야는 전흉선(흉골의 뒤쪽에 있는 내분비 선)자극 호르몬이나 휴면 호르몬의 구조결정 등 일본이 강점을 보이는 독자적 연구영역이다.

특히 전흉선 자극 호르몬의 연구는 곤충발육제어의 열쇠가 되는 호르몬이며 그 의의는 크다. 일본에 있어서 호르몬 정제의 실험재료가 되는 누에를 대량으로 입수할 수 있었던 것이 이 연구성과에 연결된 것도 특기해야 한다. 1989∼1992년도에 걸쳐서는 문부성 과학연구비보조금(과연비) 특별추진연구 '전흉선 자극 호르몬을 중심으로 한 곤충뇌 펩티드류의 구조, 기능 및 동태'로 동경대학 농학부의 鈴木昭憲 박사가 중심이 되어 전흉선 자극 호르몬을 비롯하여 뇌에 존재하는 수많은 펩티드 호르몬의 구조결정을 세계에 앞서서 성공했고, 그 기능해석을 진척시켰다.

또한 과연비 중점영역연구 '곤충의 변태·휴면의 분자기구'(대표자: 山下興亞 박사, 1996∼1999년도)에서 누에 휴면 호르몬의 작용기구, 환경응답성, 신경내분비제어계의 해명 등 곤충에 있어서의 호르몬 작용의 해석을 중심으로 한 연구가 진척되어, 펩티드 호르몬의 생합성과 분비조절, 혈중에서의 동태와 표적기관(標的器官)에서의 작용, 탈피 호르몬 수용체의 유전자발현기능 등의 해명이 행해졌다. 이들의 연구과제는 미래개척사업에 있어서의 '곤충특이기능의 발현기구와 개발'(대표자: 山下興亞 박사, 1999∼2003년도)에 이어져 더욱 추진되었다.

(표 4) 주요한 곤충의 호르몬 기능과 구조결정

곤충의 생체방어기구 연구

곤충의 번영 원인의 하나로서 자기를 지키는 생체방어능력이 발달하고 있는 것을 들 수 있다. 곤충이 체표에 상해를 입으면 체내에 항균성의 화학물질을 만들어 침입하는 미생물에 대항하는 것이 알려져 있다. 이화학연구소의 名取俊二 박사는 1996∼1999년도의 과연비 중점영역연구 '곤충의 생체방어기구'와 1999∼2002년도의 과학기술진흥사업단(JST)의 전략적기초연구추진사업(CREST)에 있어서의 '생체방어의 메커니즘' 등으로 똥파리(Sarcophaga peregrina)의 항균성 단백질에 관계되는 연구를 진행해 왔다.

그 결과 똥파리가 외적으로부터 몸을 지키기 위한 수단으로서 저분자화합물에서 펩티드, 단백질에 이르기까지 각종 생체방어에 관계되는 화학물질을 생산하는 것을 밝혀냈다. 더욱 이들 생체방어물질은 단지 체표에 상처를 냈을 때에만 유도되는 것이 아니고, 곤충의 변태기에 있어서는 성충 원기의 발육인자로서도 작용하고 있다고 하는 새로운 사실도 밝혀냈다.

곤충의 생체방어물질은 똥파리뿐만 아니라 누에, 투구벌레 등 수많은 곤충으로부터 발견되고 있다. 처음의 물질이 1980년대에 보고된 이래 지금까지 200종류 이상이 알려져 있다. 곤충의 생체방어물질 중 항균성 단백질의 예를 표 5에 나타내었다. 항균성 단백질은 아미노산 배열의 유사성으로 몇 개의 그룹으로 분류되어 있다. 농업생물자원연구소의 山川稔 박사는 1996년도부터 과학기술진흥조정비에 의해 진척된 중핵적연구거점(COE)육성 프로젝트 '곤충기능이용연구'에서 누에, 투구벌레 등으로부터 항균성 단백질을 분리하여 그 작용 메커니즘을 연구해 왔다.

그 연구는 2001년도부터 생물계특정산업기술연구추진기구(생연기구)의 '곤충의 항미생물 단백질의 특성 해명과 개변' 프로젝트로 계속 추진되고 있다. 항균성 단백질 중 세크로핀형의 것과 디펜신형의 것은 세균의 세포막에 구멍을 뚫는 것에 의해 살균효과를 나타내는 작용이 있어 원내감염균으로서 알려져 있는 다제내성균(MRSA, 그램 양성세균의 일종)에도 효과가 있는 것을 밝혀져 있으며, 곤충유래의약품으로서 응용이 주목을 받고 있다.

(표 5) 곤충 유래 항균성단백질의 예

③그램 양성세균, 그램 음성세균

세균은 그램 양성세균과 그램 음성세균으로 크게 나눌 수 있다. 그램 양성세균은 그램 염색법으로 보라색으로 염색되는 세균이며, 유산균 등이 포함된다. 다제내성균(MRSA)도 그램 양성균의 일종이다. 그램 음성세균은 그램 염색법으로 염색되지 않는 세균이며 대장균 등이 포함된다.

곤충의 공생미생물 연구

곤충은 모든 동물종의 7할 정도를 차지한다. 그리고 전곤충의 6할이 공생미생물을 가지고 있다고 추정되고 있다. 곤충체내에 정착하고 있는 공생미생물은 미지유용물질의 보고(寶庫)로 간주되고 있다. 또한 곤충과 미생물과의 공존관계의 연구가 진척되면 생물에 있어서의 생명 현상의 기본적 메커니즘뿐만 아니라 생물진화의 과정을 이해하는 것에 공헌하는 것도 기대된다.

농업생물자원연구소의 渡邊裕文 박사는 흰개미 체내에 생식하고 있는 공생미생물이 가지는 세룰라제 (셀룰로스(cellulose) 분해효소)에 더해서 흰개미 자신도 세룰라제를 가지고 있는 것을 밝혔다. 지구적 규모에서의 바이오매스로서의 셀룰로스(cellulose)의 이용에 흰개미와 그 공생미생물의 세룰라제를 활용하는 연구가 진척되고 있다.

그 외에 곤충에 공생하고 있는 미생물의 진화생물학적 관점에서의 연구가 진척되고 있는 예로서 곤충의 성이나 생식활동을 몇 가지의 방식으로 제어·지배하고 있는 wolbachia(곤충을 포함하는 절족동물의 약17%정도에 공생하고 있는 미생물)와 진디의 공생미생물인 브후네라를 들 수 있다. 이들의 연구는 생연기구의 '신기술·신분야 창출을 위한 기초연구추진사업' 중의 '곤충·미생물기생공생계의 분자기구의 해명과 이용'(1996∼2000년도, 대표자: 石川統 박사)으로 진척되었다.

원핵생물로 세포내 공생미생물인 wolbachia는 진핵생물인 콩벌레(adzuki bean beetle)에 유전자의 수평전위 (어떤 생물의 유전자가 종을 초월해서 다른 생물의 게놈을 받아들이는 현상)를 일으키는 것이 최근 실험적으로 나타나 유전자전위의 메커니즘 해명의 단서를 주는 생물로서 주목받고 있다. 또한 진디의 공생미생물 브후네라에 대해서는 곤충공생미생물로서는 세계에서 처음으로 2000년에 전게놈 배열이 해독되었다.

곤충의 공생미생물은 지금까지 인공배양이 불가능했기 때문에 연구가 뒤떨어지고 있었지만 공생미생물을 인공배양하지 않아도 DNA를 증폭시켜서 배열을 해석하는 기술이 진행되어 흥미 있는 현상을 밝혀지고 있다. 예를 들면 곤충에 기생하는 어느 종의 RNA바이러스의 유전자 번역 시작에는 AUG라고 하는 일반적인 개시 codon을 필요로 하지 않는 것이 밝혀졌다.

이것은 유전자 번역기구의 정설을 바꾸는 새로운 발견이며, 곤충의 공생미생물 연구가 생명과학연구의 새로운 전개의 단서로 결정되는 것을 시사하고 있다. 곤충의 공생미생물은 장래 여러 가지의 의약품이나 농약의 귀중한 탐색원이 될 것으로 생각되어, 그 유전자 라이브러리(library)를 구축하는 것은 곤충에 관련된 새로운 산업의 전개 등의 연구기반이 되는 것이다.

맺음말

곤충을 대상으로 한 생명과학연구는 각종 곤충의 전게놈 배열을 연구기반의 하나로 하는 포스트 게놈 시대에 돌입하고 있다. 초파리와 학질모기에 이어 이들과는 진화계통도 상에서 크게 떨어진 위치에 있는 누에의 전게놈 해독이 완료됨에 의해 초파리나 누에 등의 모델 생물의 모든 생명활동의 해명에 기여할 뿐만 아니라 곤충의 생명과학영역에 있어서의 이해가 더 한층 깊어질 것이 예상된다. 누에를 이용한 생물학연구의 풍부한 축적이 있는 일본에 있어서 누에의 전게놈 해독 프로젝트를 추진하는 의의는 크다.

이러한 연구기반 위에서 곤충의 발육제어와 호르몬 연구, 곤충의 생체방어기능연구, 곤충의 공생미생물연구 등 대표적으로 곤충이 가지고 있는 특이적 기능의 해명을 진척시키는 것은 생명과학연구의 한 분야로서도 중요하다.

* 이 기사는 2003년 6월 일본 문부과학성 "과학기술동향"에 게재된 내용을 정리한 것이다.

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곤충을 이용한 생명과학연구동향 | 뉴스 > Bio뉴스 > 동향 | BRIC

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곤충을 이용한 생명과학연구동향 정보출처 : 과학재단 소식지 과학재단 홍보팀 생물학, 생명과학연구분야에 있어서의 곤충연구는 주로...

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토종벌 유전체 해독...집단폐사 예방 / YTN

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알프스 다람쥐가 알려준 기후변화의 유전적 영향

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기후변화는 유전적 다양성에 영향을 끼쳐 생명체의 멸종을 이끌 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 독일 베를린 샤리테의대 연구팀 등 국제 공동연구팀은 빙하기에 살아 남아 알프스 고원에 군집을 이루고 살고 있는 다람쥐과 동물 ‘알프스마못’을 분석한 결과 지금까지 연구된 야생

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푸른곰팡이(페니실린의 발견)

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번데기의 대한 생명과학

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