활발한 파리가 인간의 생명을 구할 수 있을까?

과일파리가 볼바키아 박테리아에 감염되면 성생활과 번식 능력이 극적으로 변합니다.

애리조나 주립대학교의 과학자 티모시 카는 그 이유를 알아내기로 했습니다. 그가 발견한 것은 모기 매개 질병을 억제하고 작물 해충을 관리하는 데 도움이 될 수 있다고 생각했습니다. 그리고 그는 이것이 "빙산의 일각"에 불과하다고 말합니다.

난잡한 파리

볼바키아는 곤충 세포 내에 서식하는 기생 박테리아입니다. 곤충 다섯 종 중 두 종 이상을 감염시킵니다. 곤충은 지구상의 다른 모든 생명체보다 수가 많기 때문에, 이 박테리아가 곤충에게 미치는 영향을 이해하는 것은 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다.

"곤충은 지구를 지배합니다. 말라리아, 뎅기열, 지카 바이러스는 모두 곤충을 통해 전파되며 매년 수백만 명의 어린이와 성인을 죽입니다. 이러한 해충 방제는 곤충의 생리와 생화학을 이해하고 이를 어떻게 활용할 수 있는지에 달려 있습니다."라고 ASU 질량 분석 시설 관리자이자 바이오디자인 연구소 산하 ASU-배너 신경퇴행성 질환 연구 센터의 연구 부교수인 카는 말합니다.

모든 좋은 기생충처럼 볼바키아의 목표는 더 많은 숙주에게 전파하는 것입니다. 하지만 감염된 어미에게서 새끼에게만 전파될 수 있습니다. 감염 확률을 높이기 위해 볼바키아는 숙주에게 영향을 미쳐 감염된 암컷이 감염된 알을 많이 낳도록 합니다.

초파리에서 볼바키아는 감염된 수컷이 감염되지 않은 암컷의 알을 수정하지 못하게 만듭니다. 감염되지 않은 암컷은 결국 볼바키아에게 종말을 의미합니다. 다른 종에서도 동일한 효과가 나타나, 볼바키아는 곤충 방제에 잠재적인 도구가 될 수 있습니다.

암컷 초파리의 경우, 볼바키아는 다른 효과를 발휘합니다. 즉, 더욱 활발하게 움직입니다. 감염된 암컷은 짝짓기를 더 자주 하고 알을 더 많이 낳을 가능성이 높아져, 심지어 다른 종이 교잡종 알을 낳는 것도 허용합니다.

볼바키아가 수컷에게 미치는 영향은 잘 연구되었지만, 암컷에게 어떤 영향을 미치는지는 잘 알려져 있지 않습니다. UC 산타크루즈의 카(Karr)와 그의 동료들, 브랜트 와레키(Brandt Warecki), 윌리엄 설리번(William Sullivan)은 암컷의 세포 내부에서 어떤 일이 일어나서 그토록 난잡한 성생활을 하게 만드는지 연구하기 시작했습니다. 이 연구 결과는 오늘 Cell Reports에 게재되었습니다.

단백질 쉐이크업

암컷 초파리는 감각과 의사 결정과 같은 핵심적인 뇌 기능을 통해 짝을 선택합니다. 카르와 그의 동료들은 감염된 암컷의 뇌를 연구했을 때, 이러한 기능을 담당하는 영역에서 볼바키아를 발견했습니다. 볼바키아는 짝짓기 행동에 영향을 미치는 데 완벽한 위치에 있었습니다.

연구팀은 감염된 암컷과 감염되지 않은 암컷 뇌의 단백질을 비교했습니다. 이 기술을 사용하여 볼바키아가 암컷 초파리에 미치는 영향을 연구한 것은 이번이 처음입니다.

카는 "게놈 연구만으로는 찾을 수 없는 것을 발견하기 위해 단백질 접근법이 필요했다"고 말했습니다.

감염된 뇌의 단백질 수치는 확연히 달랐습니다. 170개 이상의 단백질이 변했는데, 일부는 감염되지 않은 뇌의 단백질 수치보다 증가했고 일부는 감소했습니다.

연구자들이 감염되지 않은 파리의 세 가지 단백질 수치를 유전적으로 바꾸었더니, 그 파리들은 감염된 파리처럼 행동하기 시작했습니다.

연구팀은 또한 여성의 뇌에서 700개가 넘는 볼바키아 단백질을 발견했습니다. 카르와 동료들은 알파폴드(AlphaFold)라는 AI 프로그램을 사용하여 뇌에서 가장 풍부한 단백질을 연구했습니다.

그중 두 개는 숙주 파리의 단백질과 상호 작용했습니다. 이 단백질은 짝짓기 행동과 관련된 것과 동일합니다.

"이 논문에는 이 단백질들보다 더 중요할 수 있는 숨겨진 보석들이 있습니다."라고 카는 말합니다. "볼바키아는 우리가 직접 확인한 행동 단백질과는 아무런 관련이 없지만, 필수 아미노산 생성과 밀접한 관련이 있는 다른 단백질들을 생성합니다."

초파리(그리고 인간)는 몸에 필요한 필수 아미노산을 스스로 생성할 수 없습니다. 대신 음식이나 박테리아에서 섭취합니다. 볼바키아는 숙주를 위해 이러한 영양소를 생성하는 것으로 보이며, 이는 감염된 초파리에게 유리하게 작용하는 것으로 보입니다.

이는 진화 과정 전반에 걸쳐 나타나는 패턴입니다. "세포의 발전소"로 유명한 미토콘드리아는 처음에는 세포를 감염시키는 단순한 박테리아로 시작되었습니다. 시간이 흐르면서 미토콘드리아는 매우 유용하게 사용되어 세포가 미토콘드리아에 의존하게 되었습니다. 카는 볼바키아에서도 유사한 과정이 일어날 수 있다고 생각하며 이에 대한 연구를 더 진행하고 싶어 합니다.

플레이어가 누구인지 알아보기

다른 연구에서는 볼바키아가 지카 바이러스나 뎅기열 같은 바이러스가 모기에서 증식하는 것을 차단할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 질병을 통제하고 모기 개체 수를 줄이려는 노력은 엇갈린 결과를 보였습니다.

"제 생각에 가장 중요한 이유는 우리가 이러한 잠재적 해결책의 분자적 기반을 아직 이해하지 못하고 있기 때문입니다. 우리는 이제 막 진전을 이루기 시작했습니다."라고 카는 말합니다.

"어떤 질병이든 치료하고 생물학 기술을 완벽하게 만들려면 누가 참여하고 어떻게 작용하는지 알아야 합니다."

볼바키아 단백질이 숙주 단백질과 어떻게 상호작용하는지 이해하면 질병을 옮기는 해충을 관리하고 더 안전한 살충제로 작물을 보호하는 전략을 개선할 수 있습니다. 또한, 이 연구를 통해 얻은 통찰력은 바이러스의 위협에 직면한 벌과 같은 종을 보호하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

단백질 분석 분야에서 이 팀의 성공은 이 방법을 활용한 새로운 연구에 영감을 줄 수도 있습니다.

카는 "단백질은 고무와 도로가 만나는 곳이에요."라고 말했습니다.

그리고 이는 생명을 구하는 더욱 효과적인 해결책으로 이어질 수 있는 길입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250509121929.htm