□ 연구진
안용준 교수 (서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부)
권형욱 연구교수 (서울대학교 농업생명과학연구원)
정제원 박사 (서울대학교 농업생명과학연구원)
□ 내용 및 의의
서울대학교 안용준/권형욱 교수 연구팀은 현재까지 알려지지 않았던 모기의 흡혈행동 중, 모기가 사람이나 동물의 혈액 냄새를 감지해서 신속히 흡혈을 하는 후각행동 메커니즘을 처음으로 검증하여 Nature 자매지이며 권위있는 학술지인 Scientific Reports 최근호(2015년 8월 26일 온라인 게재, http://www.nature.com/articles/srep13444)를 통해 발표하였다
(논문제목: A novel olfactory pathway is essential for fast and efficient blood-feeding in mosquitoes).
동물에서 후각수용체를 발견한 과학적 업적으로, 2003년 노벨의학상을 수상한 Richard Axel과 Rinda Buck 박사의 성과 이후, 후각수용체의 기능연구를 통한 동물의 후각인지에 관한 연구가 분자수준에서 신경행동 수준까지 융복합적인 연구가 진행되고 있다. 특히 인간과 동물에서 흡혈을 통하여 전염병을 매개하는 모기의 경우, 2002년 아프리카 말라리아모기의 후각수용체가 동정이 되면서, 행동 및 분자 수준에서 모기의 흡혈행동을 좀 더 자세히 이해하고, 과학적인 방법으로 모기로부터 흡혈을 막는 방법을 연구하기 시작하였다. 일반적으로 현재까지 알려진 모기의 흡혈에 관련된 후각행동은, 먼 거리에서 동물로부터 발산되는 이산화탄소와 octenol이라는 휘발성 물질에 유인이 되어 접근하며, 근거리로 갈수록 사람이나 동물 특이적인 냄새(젖산, 땀냄새, 발냄새 성분 등)에 유인되고, 최종적으로 피부에 안착하면서 흡혈을 시작한다고 알려져 있다. 하지만, 아직까지 모기가 사람이나 동물이 고통을 인지하지 못하는 사이에 어떻게 혈관으로부터 혈액을 신속하고 정확하게 흡혈하는지는 알려지지 않은 비밀이었다.
이번 연구는 동물의 피부 속으로 들어가는 모기의 바늘과 같은 구기구조인 침(stylet) 구조의 맨 앞쪽에 후각감각구조를 가진 감각모를 발견하였고, 그 속에 두가지의 후각수용체가 존재한다는 것을 최초로 발견하였다. 이 후각수용체들은 혈액으로부터 나오는 주요 혈액냄새 성분인 1-octen-3-ol과 cyclohexanol 같은 휘발성 향기성분에 강하게 반응하였다. 반면에, 땀냄새(lactic acid 등)나 발냄새(isovaleric acid 등) 같은 휘발성이 낮은 향기성분에는 전혀 반응을 하지 않았다. RNA간섭(RNAi)방법을 이용해서, 모기의 이 두가지 후각수용체의 발현을 저해하면, 흥미롭게도, 모기는 동물의 혈관을 잘 찾지 못하고, 3~15분까지 흡혈시간이 늘어나는 것으로 밝혀졌다. 대조구의 모기는 동물피부에 앉자말자, 흡혈하기 시작하여 30초정도면 피를 완전히 빨아서(full engorgement) 날아가버리는 것으로 관찰되었다. 즉, 이 두가지 후각수용체 중 하나만 저해가 되어도 동물의 피부에 침을 꽂아서 혈관을 찾는 모기의 탐침행동이 현격히 저해되는 것을 밝히게 되었다.
이번 연구 결과를 통해, 모기는 원거리, 근거리 그리고 피부에 안착한 후 흡혈까지 생존에 관련된 모든 일련의 흡혈행동에서 후각정보를 다르게 인지하는 시스템을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌고, 이러한 과학적인 근거는 모기의 흡혈에 관련된 후각행동을 단계적으로 제어할 수 있는 과학적인 근거가 마련되었다고 할 수 있다. 일례로, 현재 아프리카에서는 모기의 이산화탄소 감각수용체나 octenol 후각수용체에 대한 억제물질을, 분자수준에서 스크리닝을 통하여 천연물 등에서 발굴해서 패치 형태로 몸에 붙이는 등의 연구를 하고 있다. 이번 연구 또한 모기의 후각수용체를 통해서 모기의 흡혈행동을 저해하는 물질을 찾아내는데 중요한 연구결과가 될 것으로 전망된다.
□ 연구진 소개
- 1.안용준 교수: 1977년, 1979년 서울대학교 농업생명과학대학 농생물학과 학사 및 석사를 각각 졸업하고, 1986년 동경대 곤충독성학 박사학위를 취득하였다. 1990년부터 현재까지 서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 교수로 재직하고 있으며, 한국과학기술한림원 회원이며, 또한 중국 청도농업대학과 중국 화중농업대학교 석좌교수로 일고 있다. 주요 연구 분야는 천연물 유래 해충방제제, 장내유해미생물 억제제, 항산화, 항암, 알레르기 중화제, 항치매제를 탐색, 개발하고 있다. 현재까지 해당 분야에서 SCI급 논문 200여편 게재 및 40건의 특허등록 실적을 내고 있다.
- 2.권형욱 교수: 1992년 서울대학교 농생물학과 학사, 1994년 서울대학교 농생물학과 곤충학전공 석사에 이어, 2002년 미국 애리조나대학(University of Arizona)에서 곤충학 및 신경과학으로 박사학위를 취득하였다. 미국 밴더빌트대학(Vanderbilt University)에서 박사후 과정을 거쳐, 2009년부터 2014년까지 서울대학교 세계적 연구중심대학(WCU) 조교수 및 초빙부교수를 지냈으며, 현재는 농업생명과학대학 농업생명과학연구원 연구교수로 재직하고 있다. 우리나라 토종벌 유전체 분석 및 완성, 꿀벌, 모기, 초파리 등의 곤충모델을 이용한 분자신경생물학적 연구와 곤충 후각-미각수용체의 기능성 연구 및 이를 이용한 센서개발, 초음파를 이용한 모기방제 등에 대한 연구과제를 수행 중이다. 대표적인 곤충모델을 이용한 다각적 방향에서의 분자신경생물학, 뇌과학 및 기능유전자 발굴 연구 등 국제적인 수준의 연구를 수행 중이다. 주요 연구분야로 기후변화에 의한 꿀벌의 신경행동연구, 곤충의 후각-미각수용체의 기능연구 및 산업적 및 의학적 응용 센서 개발, 곤충 기능유전자 발굴 및 유전체 분석, 양봉산물 및 천연물을 이용한 기능성 물질 개발, 초음파를 이용한 모기퇴치 연구 등이 있다.
- 3.정제원 박사: 2010년 서울대학교 응용생물학부 학사를 졸업하고, 2015년 8월에 서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 WCU 바이오모듈레이션 전공에서 박사학위를 취득하였다, 바퀴벌레, 꿀벌, 모기 등의 곤충모델을 이용하여 후각인지의 분자적 메커니즘 연구하였고, 현재 서울대학교 분자신경생물학 및 바이오모델링 연구실에서 박사후연구원으로 활발한 연구를 진행 중이다.
□ 연구비 지원 프로그램
1. 기후변화 대응 연구 (농촌진흥청)
2. BK21 플러스 사업 (연구재단)
3. 초음파를 이용한 모기퇴치 연구 (LG전자)