독성 정자는 암컷 곤충을 죽인다. 최초의 생물학적 방제 기술
질병을 옮기는 모기 퇴치를 위해 유전공학과 “독성 남성성” 활용
연구자들이 생물학적 해충 방제를 위한 새로운 방법을 개발했다. 수컷 곤충은 정액에서 독성 단백질을 생성하도록 유전자 변형되었다. 질병을 옮기는 암컷 곤충은 짝짓기 후에 독소로 인해 죽는다. 이 "TMT, Toxic Male Technique:독성 남성 기술"은 질병을 일으키는 곤충과 농업 해충의 수를 현재 방법보다 더 빠르고 효과적으로 줄일 수 있다.
곤충은 전 세계의 건강과 농업에 점점 더 큰 위협을 가하고 있다. 식물 해충은 매년 수십억 달러의 농작물 피해를 준다. 피를 빨아먹는 모기는 말라리아, 뎅기열, 지카 바이러스, 치쿤구니야, 황열병과 같은 질병도 전염시킬 수 있어서 곤충은 매년 수백만 건의 감염과 수십만 명의 사망을 초래한다.
흡혈귀를 상대로 무엇을 해야 할까?
Aedes aegypti 및 Anopheles gambiae와 같은 흡혈 모기의 경우 암컷만 물 수 있다. 그러나 화학 살충제는 수컷과 암컷을 구별할 수 없기 때문에 똑같이 죽인다. 혼획으로 인해 익충을 포함한 다른 종과 전체 생태계가 손상된다. 또한, 곤충은 점점 더 사용 가능한 살충제에 대한 저항성을 갖게 되었다.
살충제에 대한 유망한 대안은 유전적 생물학적 방제다. 수컷 곤충은 방사선으로 살균되거나 유전자 변형되어 암컷에게 치명적인 유전자를 전달한다. 이 수컷이 풀려나면 야생 암컷과 교배하여 수컷 새끼를 낳지 않거나 수컷만 낳는다. 그러나 장기적으로 이는 성별 비율을 왜곡하고 종 자체를 위협한다. 성체 암컷도 자연사할 때까지 계속 살아가며 질병을 퍼뜨린다.
독성 정자
시드니 맥쿼리 대학의 사무엘 비치(Samuel Beach)와 마시에 마셀코(Maciej Maselko)는 이제 이 기술을 수정해 암컷 자손이 아니라 성체 암컷이 교배의 영향을 받고 병원균을 더 전염시킬 수 없도록 수정했다.
이를 위해 연구자들은 수컷 곤충의 정액에서 작고 독성이 있는 단백질을 생성하도록 유전적으로 변형했다. 이들은 짝짓기 중에 전염되어 암컷의 혈림프에 들어가 신경 세포를 손상시켜 암컷의 수명을 단축시킨다. 그러나 연구진이 발견한 바와 같이 단백질은 충분히 크면 수컷 생식기를 떠나지 않기 때문에 수컷에게 무해하다.
TMT(Toxic Male Technique)라고 불리는 이 방법은 암컷 성충 개체 수를 줄여 이전의 유전적 생물학적 방제 방법보다 더 효과적이고 빠르며 동시에 살충제보다 환경친화적이라고 팀은 설명했다. Beach는 "TMT는 자손이 아닌 암컷 모기 자체를 표적으로 삼아 유익한 종에 해를 끼치지 않으면서도 살충제처럼 빠르게 작동할 수 있는 최초의 생물학적 방제 기술이다"고 말했다.
▲ 현재의 교미 기반 유전적 생물학적 제어 방법(A)은 후속 세대의 자손의 생존력 또는 성비에 영향을 미쳐 기능한다. 그러나 교미한 암컷은 표적 지역에 지속되며 계속해서 해를 끼칠 수 있다(예: 질병 확산). TMT와 같은 세대 내 생물학적 제어(B)는 교미한 암컷의 적합성에 직접 영향을 미쳐 표적 집단이 초래하는 해를 빠르게 줄인다. BioRender에서 생성됨. Maselko, M. (2024) https://BioRender.com/r25q201.
교배 후 수명 단축
두 연구원은 거미와 아네모네의 총 7개 독 유전자를 이용해 초파리(Drosophila melanogaster)를 대상으로 실험실에서 이 기술이 얼마나 잘 작동하는지 테스트했다. TMT 수컷과 교배한 암컷의 기대 수명은 변형되지 않은 수컷과 교배한 암컷보다 37~64% 낮은 것으로 나타났다.
Beach와 Maselko는 컴퓨터 모델을 사용하여 TMT의 사용이 매우 공격적인 모기 종인 Aedes aegypti에 어떤 영향을 미칠지 결정했다. 이에 따르면, 이들 암컷 모기를 독성이 있는 TMT 수컷과 짝짓기한 후에는 기존 방법보다 모기에 물리는 횟수가 40~60% 감소할 것이다. 이는 또한 흡혈로 인한 감염 위험을 줄여준다.
보안 테스트가 아직 보류 중이다.
이번 연구는 이러한 유전 공학적 접근 방식이 해로운 곤충 종의 특정 개체군을 억제하는 데 근본적으로 적합하다는 것을 보여준다. 이 기술은 미래에 질병을 옮기는 종이나 농업 해충을 줄이기 위해 해충 방제에 사용될 수 있다.
이를 위해서는 각종에 어떤 독소가 적합한지 결정하기 위한 추가 테스트가 필요하다. Maselko는 "우리는 여전히 모기에 TMT를 사용하고 엄격한 안전 테스트를 수행하여 인간이나 기타 비표적 종에 위험이 없는지 확인해야 한다"고 말했다.
그러나 TMT 방법은 무척추동물에게만 독성이 있고 포유류에는 독성이 없는 곤충 정자에서 매우 신중하게 선택된 단백질만을 생산한다. 또한 체액을 통해 전염될 때 특히 독성이 있지만 삼키면 독성이 거의 없다. 따라서 연구자들은 조작된 곤충을 익충이 먹어도 독이 해를 끼칠 가능성은 거의 없다고 생각한다.
(Nature Communications, 2025; doi: 10.1038/s41467-024-54863-1)
출처: Macquarie University