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여름 바다의 적 거대 독 해파리의 비밀, 게놈 해독으로 풀었다

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여름 바다의 적 거대 독 해파리의 비밀, 게놈 해독으로 풀었다

2019.04.10 09:00
한반도에서 2000년대 이후 매년 늘고 있어 문제가 되고 있는 노무라입깃해파리. 크기 2m에 무게는 최대 200kg까지 나간다. 바다에서 사람이 독에 쏘이는 경우가 늘고 있다. 이번에 UNIST와 한국해양과기원 연구팀이 게놈을 처음으로 해독해 관련 특성 유전자를 밝혔다. 사진제공 한국해양과학기술원
한반도에서 2000년대 이후 매년 늘고 있어 문제가 되고 있는 노무라입깃해파리. 크기 2m에 무게는 최대 200kg까지 나간다. 바다에서 사람이 독에 쏘이는 경우가 늘고 있다. 이번에 UNIST와 한국해양과기원 연구팀이 게놈을 처음으로 해독해 관련 특성 유전자를 밝혔다. 사진제공 한국해양과학기술원

여름철 바다에 들어갔다가 해파리에 ‘물리는’ 경우가 있다. 이 때 만나는 해파리는 ‘노무라입깃해파리’로 길이가 최대 2m에 무게가 200kg나 되는 대형 동물이다. 2000년대 이후 기후변화와 천적 감소로 한반도 주변 해역에서 급격히 개체수가 매년 늘어 문제가 되고 있다. 이 해파리가 지닌 공격성과 독성 정보가 국내 연구팀이 주도한 게놈(유전체. 한 생물이 지닌 DNA 전체) 해독 결과 상세히 밝혀졌다. 독을 만드는 단백질과 번식 관련 단백질이 밝혀져 피해를 막을 방법을 강구하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

 

울산과학기술원(UNIST)은 박종화 UNIST 게놈산업기술센터장과 김학민 연구원, 염승식 한국해양과학기술원 위해성분석연구센터 책임연구원팀이 노무라입깃해파리를 구성하는 유전자 전체 서열과 위치를 밝혀낸 게놈지도를 완성했다고 10일 밝혔다. 연구 결과는 생명과학분야 국제학술지 ‘BMC 생물학’ 3월 29일자에 발표됐다.

 

해파리는 독주머니를 지닌 동물을 의미하는 ‘자포동물’ 중 하나로, 같은 자포동물인 말미잘이나 산호, 히드라와 달리 바다 속을 떠다니는 활동성을 지니고 있다. 신경이 발달하기 시작한 진화 초기 동물 중 하나로, 중추신경계를 지닌 사람 등의 동물과 달리 몸 전체에 신경이 그물망처럼 퍼져 있어 촉수에 자극이 가해졌을 때 즉각적인 반응을 보이는 특이한 특성이 있다. 바다에서 사람을 만났을 때 곧바로 독을 바로 쏘는 것도 이런 신경 반응의 일부로, 원래는 먹이를 잡기 위한 것이다. 

 

박 센터장팀은 3세대 게놈해독 기술로 한 번에 긴 염기서열을 읽을 수 있는 ‘팩바이오’ 기술과, 그보다는 짧은 염기서열을 읽을 수 있는 2세대 게놈해독 기술인 차세대염기서열해독기술을 동시에 이용해 노무라입깃해파리의 염기서열을 총 972억 쌍 해독했다. 그 뒤 이 염기서열정보를 재조합해 실제 해파리 게놈을 조립해 냈다. 최종적으로 만들어진 해파리 게놈의 염기서열 수는 사람(30억 쌍)의 15분의 1 수준인 2130만 개였다.

 

연구팀은 이 데이터를 분석해 먼저 촉수로 먹이를 잡을 때 독액을 만드는 데 관여하는 유전자를 찾았다. 그 결과 관련된 단백질을 만드는 유전자 영역의 개수가 증가해 있다는 사실을 발견했다. 노무라입깃해파리의 대량번식에 관여하는 유전자도 발견했다. 해파리는 ‘폴립’이라고 하는 부착유생 한 마리가 변태와 성장과정을 거쳐 5000마리로 증식하는데, 이 가운데 폴립 변태에 관여하는 신호전달단백질의 유전자를 이번 연구에서 밝혔다. 염 책임연구원은 “해파리 대량번식을 막는 근본대책으로 폴립 제거가 꼽히는데, 이번에 관련 유전자를 찾아 관련 예방 연구의 기반을 제시할 수 있게 됐다”고 말했다.

 

해파리 생식단계를 표현했다. 해파리 종류는 여러 단계의 변태를 거쳐 성체가 된다. 사진제공 UNIST
해파리 생식단계를 표현했다. 해파리 종류는 여러 단계의 변태를 거쳐 성체가 된다. 사진제공 UNIST

활동적인 포식동물로서의 능력도 게놈 비교 연구 결과 밝혀졌다. 노무라입깃해파리 게놈을 산호와 말미잘, 히드라 등 다른 자포동물 네 종과 사람 초파리, 네브라피시 등 신체가 좌우대칭형인 동물 네 종, 후생동물 세 종, 편모충류 한 종의 게놈과 비교 분석했다. 그 결과 다른 자포동물보다 바닷물의 농도차에 견디는 능력인 삼투압 제어 능력이 뛰어났다. 먹이를 먹으려 상하좌우로 움직일 때 바닷물 농도가 변해도 생존할 수 있는 것이다. 

 

또 근육수축 관련 유전자가 다른 자포동물보다 많다는 사실도 밝혀졌다. 이 유전자가 발현을 많이 하는 부위는 해파리가 헤엄칠 때 중요한 머리 부분으로, 해파리의 활발한 움직임이 이 유전자 덕분임이 증명됐다. 김학민 연구원은 “해파리는 삼투압에 적응하거나 독을 만들어 쏘는 화학적인 능력과 근육운동을 통해 바닷물을 뿜어 이동하는 일종의 제트추진 능력을 지녔는데, 이번 연구에서 유전적 특징과 실제 신체적 특성(표현형)이 결합돼 있음이 드러났다”며 “포식동물로서의 특징은 물론 자포동물 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

박종화 센터장은 “해파리 일부 종은 수명이 무한대로 알려져 있어 노화를 막기 위한 연구에도 도움을 줄 수 있다”며 “게놈산업기술센터에서 진행해 온 고래, 호랑이 등의 표준게놈 자료와 함께 노화를 극복하기 위한 연구에 활용될 것”이라고 말했다.
 

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