곤충의번성

곤충은절지동물문에마디발동물로써거미강과더불어

지구상에가장풍부한생물자원으로전체동물의80%

이상을 차지한다. 따라서 생물 분류학적 구분으로 볼

때곤충강은지구생물계역사상가장번성한생물군

으로불린다. 곤충이이토록번성하게된배경에는다

양한생태적, 진화적적응과정이포함된다. 전체알려

진곤충중절반정도는식물(풀, 나무, 뿌리등)을먹

고 사는 식식성이며 나머지는 죽은 유기물을 분해하

는부식성, 살아있는다른동물을먹이로하는포식성

또는기생성생활을한다. 즉곤충은지구상에있는매

우 다양한 먹이자원을 다양한 형태로 이용하고 있으

며크기가작기때문에좁은공간의서식처만을필요

로 한다. 곤충이 발육 과정은 대개 알-약충-성충 또

는 알-애벌레-번데기-성충의 단계를 거치면서 탈피

와변태를한다. 딱딱한외골격에둘러쌓여있기때문

에주기적탈피를통해서몸의크기가생장한다. 특히

완전변태를하는곤충의경우변태라는과정을통해서

애벌레 시기와 전혀 다른 생활태를 보이는 성충으로

변한다. 이과정에서애벌레와성충은서식처환경및

먹이자원의 중복을 피하면서 종내 경쟁을 회피하게

된다.딱딱한외골격은부피생장의제한이되지만이

는탈피를통해극복하고대신외부의물리적, 화학적

자극및포식자등의공격으로부터자신을보호할수

있는중요한방어수단이된다. 또한외골격의변형으

로 진화하게 된 날개는 천적의 공격으로부터 벗어날

수있는수단이되며서식처이동및분포확대의매우

중요한수단이다. 이러한진화적적응양식으로인해

고생대이전에지구상에나타나기시작한곤충은중생

대백악기를거치면서급속도로적응방사하여현재의

다양한곤충상을구성하게되었다

안동대학교식물의학과정철의교수

GM곤충의연구개발과우리생활

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알기쉬운GMO 이야기 GM곤충의연구개발과우리생활

실험동물로써곤충의장점

곤충은또한최근들어유전학분야에서우수한생물

모델로서그지위를구축해나가고있다. 특히, 유전자

변형곤충에관한연구는주로농업및의학적인활용

에 집중되고 있다. 곤충은 척추동물 등 다른 동물에

비해 몸의 크기가 작다. 따라서 사육하기 위한 공간,

먹이의양이적고시설과개체군을유지하는데필요한

비용이 훨씬 적게 들고 발육과 생장이 빠르고 세대

기간이 짧다. 즉 짧은 시간 내에 특정한 요인에 대한

생물 전 세대에 걸친 향을 파악하는 데 유리하다.

번식력이높아서적은수의개체로부터시작하더라도

짧은시간내에많은수의실험개체군확보가가능하며

실험에 필요한 다양한 처리와 많은 반복수를 소화해

낼수있어좀더객관적인과학적자료확보가가능

하다. 또한뇌세포의수등기초적으로생존을위한

필수적생물요소의크기가작고많은행동들이프로

그램화되어있기때문에특정자극에대하여일관적

인 반응을 나타낸다. 이 점은 행동적 연구를 하는 데

매우큰장점이된다. 더욱이최근대두되고있는과학

연구의동물윤리문제에서조금은자유로운편이다.

척추동물에 비해 다루기 쉽고 동물윤리에 관한 법적

제한이적다는점에서많은분자생물학자및유전학자

들이관심을갖고있다.

최근GM 곤충의연구개발동향

곤충이지구상에생존하는곤충중가장번성한그룹이

되었다는 점은 그만큼 다양한 생물 지혜를 가지고

있다고도 볼 수 있고, 또한인간과의생존경쟁의가

장중요한라이벌이라는점도인정해야한다. 따라서

생존의 지혜는 다양한 유용 물질의 탐색, 개발, 이용

등곤충산업적측면에서활용가치가높아지고있다.

그중에특정유용물질의생산을조장하기위한유전

자 조작기법 등도 개발된다. 예를 들면 실크를 생산

하는누에, 벌꿀을생산하는꿀벌등이대표적이겠다.

반면우리인간과의생존경쟁은첫째질병의전파, 둘

째인간생활에필수적인자원의개발(예, 농업)에대한

피해를야기한다. 예를들면, 말라리아모기(학질모기)

는 말라리아의 직접 원인이 되는 말라리아원충을 옮

기는매개체로써전세계적으로매년400만명을감염

시키고그중100만명의사망자를발생케한다.

KBCH 103

또한 농업에서 해충은 많은 해충 방제수단이 동원된

다고 해도 농업생산의 10~40%의 손실을 야기하여,

인류의식량부족및식량부족으로인한다양한사회적

문제를야기한다. 1980년대이후유전학발전에가장

큰기여를하고있는초파리의경우초파리게놈(유전

자)과인간게놈의높은유사성으로인해유전자기능

연구및유용형질의양적인활용등다양한분야에서

활용되고있다. GM 곤충이라고하면원래해당곤충

에게는없는유전자를미생물이나기타동식물로부터

가져와서 현대 생명공학 기술 (유전자의 삽입, 도입

또는재조합) 등을이용하여삽입한새로운유전자조

합을가지는곤충을말한다. 쉬운예를들면형광색을

띄는 누에, 눈이 빨간 초파리 등이 모두 형광유전자

또는 눈에만 특정적으로 빨간색을 띄는 색소를 만들

어내는 유전자를 삽입한 결과물이다. 따라서 유전자

변형 곤충의 연구개발은 기초 생물적 연구 (초파리),

해충방제 (위생해충: 모기등, 농업해충: 목화다래나

방 등), 유용물질의 생산 (누에, 꿀벌) 등의 측면에서

이루어지고있다.

최근연구되고있는GM 곤충들

1) 유전자변형초파리

초파리는생물학, 유전학및분자생물학에서가장많이사

용하는 실험동물이다. 1993년 하버드의과대학의 페리몬

그룹에의해개발된GAL4-UAS system의개발은목적

유전자를원하는시기에원하는세포나특정조직에서발

현시킬수있는기술적진보를이뤄내오늘날초파리를이

용한다양한유전자의생체내기능연구에획기적인발판

을마련해주었다. 이시스템을이용한형질전환초파리를

바탕으로 고전적인 돌연변이 검색방법을 다양하게 변형

시킨 방법들이 개발되어 모델동물로서 초파리 시스템의

무한한응용가능성을열어주고있어이러한초파리시스

템은유전자의생체내작용기작을연구할수있는가장

매력적인실험모델동물중하나로자리잡았다.

주로재조합기법을이용하여신경계의분화, 눈색깔결정

유전자의도입, 세포치료등에대한연구개발이이루어지

고있다. 이후 2000년 3월에전체게놈서열이밝혀졌고,

인간질병을일으키는289개유전자중179개가초파리에

도있음이밝혀진이후,질병치료를위한기초연구의가

장중요한재료가되었다.

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알기쉬운GMO 이야기 GM곤충의연구개발과우리생활

2) 유전자변형모기

현재연간지구상인구100~300만명의사망요인으로

알려진말라리아(국내에서는학질로더잘알려져있다)

는학질모기가매개한다. 국내는 1990년대이후감염

환자수가 늘어나면서 최근 연간 4000여명이 감염되

는 것으로 알려졌다. 그 원인 기생충은 열대열원충

(Plasmodium faciparum), 삼일열원충(Plasmodium

vivax), 사일열원충(Plasmodium malariae), 난형열

원충 (Plasmodium ovale) 등의원충(Protist)이며매

개자는 Anopheles속의 모기(얼룩날개모기 등)이다.

이 중 열대열원충(Plasmodium faciparum)에 의한

질병이가장위험하다. 인간에감염은대개원충이모

기 장내 상피세포에서 포낭형태에서 번식하다가 이

포낭이터지면서모기의혈강내로이동하고결국다

시침샘부위로이동한다. 모기가흡혈하는동안원충

이인체내로침입하여혈관을통해간으로침입한다.

간에서 약 2주에서 수개월간의 잠복기를 거쳐 간 내

적혈구에서번식하기시작하면고열과두통의증상을

동반한다(예, 삼일열). 적혈구에기생하면혈구가서로

키고혈관벽에달라붙기때문에혈관이막혀생명을

위협하게 된다. 미국 존스홉킨스대학 연구팀은 말라

리아를 매개하는 것이 모기이기 때문에 모기 체내에

서말라리아원충이생존할수없도록하기위한모기

내부항생물질(또는면역단백질)을생산하는유전자를

삽입하는연구를수행되고있다. 이러한연구는유전

자의정보를복사하는RNA의기능을억제하는RNAi

기법이동원되기도한다.

또다른방법으로는조건치사유전자를도입하는기술

이 있다. 국 옥스퍼드대학 연구팀은 옥시테크

(Oxitech)라는생명공학회사와중남미카리브해에위

치한 케이만(Cayman)제도의 모기연구관리지부

(MRCU)와 함께 뎅기열(dengue fever)의 매개자인

이집트숲모기(Aedes aegypti)의 유전자변형을 통한

야외대량방사로뎅기열전염모기개체수를줄이는

연구개발이 이루어지고 있다. 이들이 시도한 기법은

유전자변형 수컷 모기를 목적 해충들이 발생하는 야

생지에 대량 방사하여 자연스럽게 암컷 모기와 교미

를하도록한다. 이후자손이태어나도유충들의생존

에 필요한 특정 항생물질을 공급받지 못해 치사하게

된다(조건치사).

Drosophila sp.(vinegar fly) 초파리·전세계에분포함.

·썩어가는과실등섭식

·생과실가해못해해충화위험없음

·예외. Dr.suzukii (SWD)

·기초생명과학연구의모델곤충

유전자변형을통한

야외 대량방사로 뎅기열 전염

모기개체수를줄이는

연구개발이이루어지고있다.

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즉대량의유전자변형수컷모기를특정지역에방사

함으로써 정상적인 야생의 수컷 모기들의 정상 암컷

과교미할수있는기회를대폭줄이고후대에태어난

유충들도 죽게 함으로써 뎅기열 매개 모기의 개체수

를감소시키는결과를가져온다는전략이다.

3) 유전자변형누에

누에는인간이가장오랫동안가축화한동물중하나

이다. 중국에서 이미 3000년 전에 야생의 누에를 사

육하여비단(실크)를생산하기시작했다. 누에애벌레

는뽕나무잎을먹고번데기가되는데번데기방(고치)

를 만들기위해대량의섬유(비단, 실크)를 생산한다.

최근누에는본연의실크(명주비단) 생산을위한고치

생산방식에서벗어나고부가가치약리활성물질, 단

백질, 인공고막및섬유생산을위한생체공장으로연

구개발되고있다.

약리활성물질로는 누에그라 등이 개발되었고, 최근

인공고막개발, 방탄조끼, 낙하산줄, 인공인대등을위

한고탄력섬유등도주연구의타겟이되고있다. 이를

위한 유전자변형은 다양한 색깔을 나타내는 실크의

생산을위한견사샘의변형및색발현유전자의도입

등이다.

GM곤충의안전관리

유전자변형생물체야생의생물과는다른유전적조성

을 가지고 있다. 오랜 유전자변형의 역사를 GM작물

에서생산한농산물의경우역시그러하다. 최근가장

널리 보급된 품종의 유전자변형(GM) 옥수수를 오랫

동안먹은쥐들에게서종양과복합적인장기손상등

심각한 문제가 일어났다는 보고가 대중 매체에 회자

된바있다. 제초제인라운드업에저항성을갖도록조

작된옥수수를2년간지속적으로먹이면서쥐의평생

을추적한결과, 종양과간및신장손상사례가크게

늘어난것을보고하 다. 즉 그동안다양한실험에서

안전하다고판단되었던유전자조작생물들도어느정

도의위험을가지고있다는뜻이다. GM곤충역시이

범주에서벗어날수없다. 곤충은생태계먹이사슬에서

Anopheles sp.(malaria mosquito) 학질모기·전세계아/열대분포, 년 400만명

감염, 100만명이상사망

·말라리아원충Plasmodium 매개

·국내DMZ 분포

·암컷성충흡혈, 성충당분섭식,

1세대 3주

·저항성등방제곤란

·GM: TE, Medea, HEGs,

wolbachia and meiotic drive

Anopheles gambiaeAnopheles sinensis (한국)

병원충 : Plasnmodium falciparumPlasmodium vivax (한국)

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알기쉬운GMO 이야기 GM곤충의연구개발과우리생활

매우중요한1-3차소비자이다. 따라서GM곤충의야

외생태계로의노출은극히제한되어야한다. 따라서

연구개발의 단계어서는 그 위험의 정도를 미리 판단

하고이에맞는안전관리가수행되어야한다. 우리나

라에는 현재 LMO법과 통합고시에 따라 교육과학기

술부및관련기관에서안전시설및운 에대한관리

를수행하고있다. 곤충의경우는미생물이나식물, 척

추동물들과 그 생물학적 특성이 상이하기 때문에 외

래 및 유전자변형 연구용 곤충의 위해성평가 기준을

설정함에있어곤충의특성을감안해야한다.

그 중 이동성(mobility), 수명(longevity), 생식(번식,

reproductive potential) 가능성및병원균(pathogen)

또는 매개질병의 전파능력의 변화 여부를 고려하여

판단의기준을정하고이에맞는관리가되어야한다.

관리의 가장 큰 목적은 GM곤충의 외부 환경에 노출

되지않도록실험실적관리가되어야한다. 즉실험실

에서밖으로유출되지않게하기위한시설및설비등

이 필요하며 이를 운 하는 운 체계가 만들어져야

한다. 우리나라에는GM곤충에대한법적관리체계가

만들어지지않았다. 다만본인의연구팀에의하여생

물안전관리시설안이제시되어있을뿐이며머지않아

이러한관리체계가작동할것으로본다.

GM 곤충의미래

곤충은우리인류생존의가장큰라이벌이면서동지

이다. 그중에농업생산을위협하는농업해충이있고

각종질병을매개하는매개체들도있다. 물론우리에

게유용한물질을생산하는누에나꿀벌등이있는가

하면생명현상을이해할수있는도구가되는초파리

가있다. 초파리를이용한유전자변형연구는대부분

실험실 수준에서 이루어지고 있기 때문에 환경 위해

성도매우낮고생명현상을탐구하는것이연구의주

요목표이기때문에이분야는지속적으로확대될것

이다.

국내외활용되고있는LMO 대표적곤충·초파리 (Drosophila melanogaster)

·누에나방 (Silk moth, Bombyx mori)

·말라리아모기 (Anopheles gambiae)

·목화다래나방 (Contton pinkball worm, Pectinophora gosstpiella)

·거짓쌀도둑거저리 (Tribolium castaneum)

·꿀벌 (Apis mellifera)

KBCH 107

반면해충방제를위한연구는인간과자연환경에응용적측면을가

지고있다.우리가농업을지속하는한인류가지구상에생존하는

한위해곤충들과의싸움을계속될것이며현대생명공학기술은이

러한싸움에서유리한고지를점령할수있게하는중요한수단이

될것이다.

이러한측면에서연구개발이지속될것으로전망하고있으나세상

에는하나의방법만존재하는것은아니다. 생명공학기술적용이

불러올수있는불확실한위험성에대한충분한평가와관리방안이

만들어지지않고서는현실적적용이어려울가능성이높다. 반면

해충과질병매개곤충에대한생태적관점에기초한연구가병행된

다면조화로운생태계구조를통해공존의미래를개척해나갈수

있을것이다.

GM 거미에물리면유전자변형이일어나서스파이더맨이될까?

유전자조작은 특정 기능을 하는 유전자를 삽입하

는과정으로써대상유전자를생물의전체유전자

배열에 안정적으로 존재하고 기능케 하는 기술이

다. 이를 위해 아그로박테리움법(박테리아를 이용

하여 유전물질을 삽입하는 방법), 입자총법(DNA

물질을 총으로 쏘아 기주 DNA에 삽입시키는 방

법) 등 다양한 생명공학기술이 적용된다. 그만큼

기존 유전자에 새로운 유전물질을 삽입하는 과정

이 어렵다고 볼 수 있다. 다른 한편으로는 새로운

유전자를가지게된생물은기존생물입장에서볼

때돌연변이체이다. 그중에서도인간이억지로만

들어내돌연변이체인것이다. 그렇다면그러한유

전물질이 먹이사슬을 통해 다른 생물로 전이되고

발현될수있을까? 현재까지알려진바로는이러한

가능성은제로에가깝다. 슈퍼거미줄을만드는유

전자를 삽입한 거미에게 물린다면.......과학적인

견지에서볼때거미가다른생물을물게되면침샘

으로부터타액을분비한다. 이타액에는단백질등

세포질을용해할수있는물질을포함하고있어거

미의먹이섭취를도와준다. 반면거미줄을만드는

실샘은 복부의 말단에 위치하며 초강력 거미줄을

만드는도입유전자역시실샘에서작용하게될것

이다.

우리는 번데기를 많이 먹는다. 우리가 주로 먹는

번데기는 누에의 번데기이다. 그렇다면 번데기를

많이먹으면사람이실크를만들어낼수있을까?

아니면돼지고기를많이먹으면돼지가될까?

곤충의학술및응용적가치

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알기쉬운GMO 이야기 GM곤충의연구개발과우리생활