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상어 게놈 분석하니 면역계 진화비밀 풀리네

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상어 게놈 분석하니 면역계 진화비밀 풀리네

2014.01.12 18:00
네이처 제공
네이처 제공

   이번 주 ‘네이처’ 표지는 오스트레일리아와  뉴질랜드 남쪽 바닷속 수심 200~500m에 서식하는 ‘퉁소상어’가 장식했다.

 

  코 모양이 코끼리를 닮았다고 해서 영미권에서는 코끼리 상어(elephant shark)로도 부르는데, 바다 밑바닥에 사는 작은 무척추동물을 즐겨먹는 퉁소상어는 몸길이가 1.2m까지 성장한다. 몸의 크기는 작은 편이지만 등지느러미 앞쪽으로 튀어나와 있는 가시에는 독이 있다.
 

  미국 워싱턴대 게놈연구소 연구진이 포함된 국제공동연구진은 퉁소상어의 염기서열(게놈)을 분석하고 그 결과를 네이처 9일자에 발표했다.

 

  퉁소상어를 포함한 상어, 가오리, 홍어가 속해 있는 ‘연골어류’의 염기서열을 분석한 것은 이번이 최초다. 연구진이 다양한 연골어류 중 퉁소상어를 선택한 까닭은 게놈의 크기가 인간의 3분의 1인 약 10억 개로 비교적 짧고 단순하기 때문.  

 

  연골어류는 이름처럼 단단한 경골 대신 소위 물렁뼈(연골)이 몸을 지탱한다. 게놈분석 결과, 연구팀은 뼈를 단단하게 형성토록 하는 단백질을 만드는데 관여하는 유전자가 퉁소상어에게는 없다는 사실을 밝혀냈다.

 

  단단한 뼈를 가진 모든 척추동물은 이 유전자를 가지고 있는데, 열대어 ‘제브라피시’를 이용해 이 유전자를 제거하자 뼈가 제대로 형성되지 않는 것이 확인되기도 했다.

 

  퉁소상어에게 2차 면역반응에 결정적인 역할을 하는 핵심 세포수용체를 만드는 유전자가 없다는 사실도 새롭게 밝혀졌다. 2차 면역반응이란 한 번 감염됐던 병원체를 면역계가 기억해 병원균이 다시 침입했을 때 더 빠르고 강하게 대응하는 것을 말하는데, 사람들이 각종 백신을 맞는 것도 이를 위해서다.

 

  문제는 상어는 2차 면역반응에 관여하는 유전자가 없음에도 질병에 강하고 비교적 오래 산다는 것이다.

 

  연구팀은 “2차 면역계 없이도 어떻게 병원체에 효과적으로 대응할 수 있는지를 밝혀내는 것이 관건”이라며 ”이를 밝혀낸다면 2차 면역계의 오작동으로 고통 받는 류머티스 같은 자가면역질환 환자들에게도 도움이 될 것“이라 말했다.

 

  한편 퉁소상어의 느린 진화 속도의 비밀 역시 일부 밝혀졌다. 퉁소상어는 지구상에 남아있는 척추동물 중 진화속도가 가장 느려, 고생대에 처음 출현해 지금까지 마다가스카르섬 인근에서 서식하는 ‘살아있는 화석’ 실러캔스보다도 진화 속도가 더디다.


  이에 대해 연구팀은 “퉁소상어는 염기서열 중 유전정보를 가지고 있지 않으며 단백질을 만들지 못하는 DNA 영역인 ‘인트론’의 변화가 극히 적다”며 “인트론의 안전성 때문에 돌연변이가 적어 진화가 더딘 것으로 추측된다”고 설명했다.

 

 

  위쪽에 빽빽하게 발달한 세포벽 사이에서 한 줄기가 뻗어 나와 있다. 빽빽한 부분은 ‘원뿌리’, 뻗어 나온 부분은 ‘곁뿌리’다. 원뿌리에는 빨간색 세포벽이, 곁뿌리에는 녹색 세포핵이 많이 보인다.

 

  바로 애기장대의 뿌리를 공초점광학현미경으로 들여다 본 사진으로, 이번 주 ‘사이언스’ 표지를 차지했다.

 

  원뿌리는 중심이 되는 식물 뿌리로 대체로 굵고 길다. 반면 곁뿌리는 원뿌리에서 뻗어 나온 얇고 짧은 뿌리로, 식물이 살아가는 데 필요한 물과 무기양분을 토양으로부터 흡수하는 동시에 식물을 지지하는 역할을 한다.

 

  곁뿌리가 식물의 생장에 중요한 역할을 하지만, 어떻게 단단한 식물의 세포벽을 가로질러 나오는지는 명확히 밝혀지지 않았다.

 

  스위스 로잔대 식물분자생물학부 주프 페르메이르 박사후연구원팀은 애기장대의 곁뿌리를 발생시키는 뿌리 속 주요 기관을 둘러싼 세포층인 ‘내피’의 화학적·생물학적 변화를 분석해 이에 대한 해답을 내놨다.

 

  연구팀은 우선 내피를 이루는 세포들의 부피를 조절하며 어떤 일이 일어나는지 봤다. 그 결과 곁뿌리가 원뿌리로부터 발생할 때 원뿌리 속 내피의 세포들이 크기를 줄이고 모양을 바꾸면서 곁뿌리가 나갈 길을 만드는 현상을 관찰할 수 있었다.

 

  페르메이르 연구원은 “일반적인 식물에서 찾아볼 수 있는 단단한 세포벽이 곁뿌리 발달에 제약조건이 된다”라며 “복잡한 화학 신호를 주고받으며 곁뿌리가 나갈 수 있는 ‘통로’를 식물 스스로 열어 주는 것을 볼 수 있었다”고 말했다.

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