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전 세계적으로 개구리와 두꺼비가 치명적인 곰팡이 질병으로 죽어가고 있다.
키트리드 곰팡이 Bd는 원래 아시아에서 유래
개구리와 두꺼비의 피부를 공격.신진대사, 전해질 균형과 호흡 방해 궁극적으로 죽음
열쇠는 바이러스 DNA

양서류 질병 : 구조(救助)가 가능할까?
바이러스가 개구리의 치명적인 곰팡이 감염과 싸우는 방법

바이러스 도우미:
전 세계적으로 개구리와 두꺼비가 치명적인 곰팡이 질병으로 죽어가고 있다. 이제 생물학자들은 이 세계적인 양서류 질병에 대한 반대자를 발견했을 수도 있다. 곰팡이 Batrachochytrium dendrobatidis의 DNA 분석 중에 그들은 이 곰팡이에 영향을 미치는 바이러스를 발견했다. 일반적으로 이 병원체는 실제로 키트리드 곰팡이의 확산을 가속화하는 것으로 보인다. 연구팀이 "Current Biology"에서 보고한 것처럼 유전자 조작의 도움으로 바이러스가 해독제로 전환될 수도 있다. 

▲ 개구리는 중요한 생태학적 기능을 수행하지만 곰팡이 질병으로 인해 위협을 받고 있다. pixabay

전 세계 양서류는 서식지 손실, 환경 피해, 기후 변화에 맞서 싸우고 있다. 게다가 치명적인 곰팡이 질병으로 인해 많은 개체가 죽어가고 있다. 곰팡이 Batrachochytrium dendrobatidis(줄여서 Bd)에 의해 발생하는 양서류 질병은 개구리와 두꺼비의 피부를 공격하여 신진대사, 전해질 균형 및 호흡을 방해하여 궁극적으로 동물의 죽음을 초래한다.

키트리드 곰팡이 Bd는 원래 아시아에서 유래했는데, 특히 양서류 무역의 결과로 새롭고 특히 공격적인 곰팡이 계통이 나타났다. 이후 전 세계로 빠르게 퍼졌다. 그 이후로 500종 이상의 양서류가 개체수 감소를 기록했으며 심지어 90종은 곰팡이 때문에 멸종되었을 수도 있다. 현재 이 질병에 대한 치료법은 없다.

Bd 곰팡이 게놈의 흔적 검색

이제 해결책이 보인다. 미시간 대학의 레베카 클레몬스(Rebecca Clemons)가 이끄는 과학자팀은 곰팡이를 무해하게 만들고 양서류 전염병을 종식시킬 수 있는 방법을 우연히 발견했다. 생물학자들은 곰팡이의 일부 계통을 감염시킬 수 있는 바이러스를 발견했다. 지금까지 일부 곰팡이 바이러스는 이미 알려져 있다. 그러나 이들 중 극소수만이 동물에게 질병을 일으킬 수 있는 곰팡이를 감염시킨다.

Clemons와 그녀의 동료들은 Bd 곰팡이의 다양한 집단의 게놈을 조사하면서 BdDV-1이라는 바이러스를 발견했다. 생물학자들은 원래 곰팡이가 유전적으로 어떻게 발생했는지, 그리고 어떤 돌연변이가 개구리와 두꺼비에게 치명적인지 더 정확하게 이해하고 싶었다.

▲ Bd 곰팡이의 포자 형성 구조. © Mark Yacoub/UCR

곰팡이 게놈에 숨겨진 바이러스

분석 중에 연구자들은 곰팡이 게놈의 일부가 아닌 DNA 부분을 발견했다. "우리는 이러한 추가 서열이 조립되었을 때 바이러스 게놈의 특성을 갖는다는 것을 깨달았다"고 캘리포니아 대학 리버사이드 캠퍼스의 수석 저자인 Jason Stajich는 말했다. 이러한 바이러스에 대한 이전의 표적 검색은 성공하지 못했기 때문에 이는 생물학자들에게 놀라운 발견이었다.

그런데 어떻게 이 바이러스가 그렇게 잘 숨어 있을 수 있었을까? 곰팡이를 공격하는 대부분 바이러스와 달리 BdDV-1 바이러스는 유전 물질로 이중 가닥 RNA가 아니라 단일 가닥 DNA를 갖고 있는 것으로 Clemons와 동료들의 후속 테스트에서 나타났다. 이는 바이러스 게놈이 Bd 곰팡이의 게놈에 특히 잘 통합될 수 있다는 것을 의미하며, 이전 연구에서는 잘 위장되어 간과되었다.

바이러스는 곰팡이 감염을 변화시킨다.

그러면 바이러스 공격이 양서류 곰팡이에 어떤 결과를 가져올까? 연구에 따르면 바이러스에 감염된 곰팡이는 감염되지 않은 곰팡이와 다르게 행동하는 것으로 나타났다. "이러한 계통에 바이러스가 있으면 포자가 더 적게 생성되므로 곰팡이가 더 천천히 퍼진다"고 Stajich는 말했다. 그러나 이러한 관찰은 곰팡이의 실험실 배양에만 적용된다.

그러나 양서류에서 바이러스에 감염된 Bd 곰팡이는 난쟁이발톱개구리를 대상으로 한 실험에서 알 수 있듯이 훨씬 더 빨리 퍼지고 동물에게 더욱 치명적이다. “이러한 명백히 모순되는 결과는 다른 곰팡이 바이러스에서만 관찰되었다”고 과학자들은 설명했다. 이에 대한 가능한 설명은 동물 숙주의 면역체계와의 상호작용일 수 있지만 아직 밝혀지지 않은 다른 요인도 있을 수 있다.

양서류 질병에 대한 열쇠는 바이러스 DNA일까?

Clemons와 그녀의 팀은 “키트리드 곰팡이가 이러한 바이러스를 품고 있다는 발견은 예를 들어 유전 공학 및 곰팡이의 생물학적 제어에서 이러한 바이러스의 독특한 생물학을 활용할 수 있는 기회를 제공한다”고 말했다. 그러나 후자의 경우 바이러스는 양서류의 곰팡이 질병을 상당히 억제하거나 무해하게 만들 수 있도록 실험실에서 유전적으로 변형되어야 한다.

이러한 가능성을 조사하기 위해 연구자들은 이제 바이러스 BdDV-1을 복제하고 이를 Bd 곰팡이의 다양한 계통에 감염시키고 이들이 이에 어떻게 반응하는지 관찰하려고 한다. 그런 다음 생물학자들은 바이러스 DNA를 변경하여 곰팡이가 더 적은 수의 포자를 생성하도록 하거나 두꺼비와 개구리가 더 곰팡이 감염으로 고통받지 않고 죽도록 할 수 있다.

이를 위해서는 생물학자들이 먼저 바이러스 자체를 더 잘 연구하고 이해해야 한다. Yacoub은 "우리는 바이러스가 곰팡이를 어떻게 감염시키는지, 세포에 어떻게 들어가는지 모른다"고 말했다. “양서류를 돕기 위해 바이러스를 조작하려면 이와 같은 질문에 대한 답이 필요하다.”
참고: Current Biology, 2024; doi: 10.1016/j.cub.2024.02.062)
출처: University of California – Riverside

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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