볼바키아

볼바키아(국문) Wolbachia(영문)

선충류 및 절지동물에 내부공생만을 하는 대표적인 기생 균 중 하나이다. 그람음성균으로 생활사 가운데 숙주가 없는 자유생활이 없다. 선충류나 절지동물 중 볼바키아균의 공생없이는 번식이나 생존이 불가능한 종이 많고 주로 숙주의 정소 및 난소에 가장 많이 감염된다. 최근 뎅기열(Dengue fever), 황열(Yellow fever), 지카(Zika) 등의 바이러스를 옮기는 야생모기를 제거 하는데 이 균을 이용하는 것이 각광받고 있다.

볼바키아의 공생 생활사 (그림: 이효정/군산대)

목차

1924년 미국인 과학자 미네소타 주의 미니애폴리스의 마샬 허티그(Marshall Hertig)와 하버드 의과 대학의 시므온 버트 볼바키(Simeon Burt Wolbach)는 모기의 한 종류인 큘렉스 피피엔스(Culex pipiens)로부터 볼바키아균(Wolbachia)을 처음 발견하였다. 볼바키아의 이름은 과학자 시므온 버트 볼바키의 이름에서 유래했다. 그들은 평소 절지동물 사이에 널리 퍼져있는 세포 내 기생 세균인 리케차(Rickettsia)라고 불리는 미생물을 연구했는데, 이를 위해 그들은 보스턴 근처와 미니애폴리스 근처에서 수집된 큘렉스 피피엔스 모기 25마리의 수컷과 암컷, 그리고 여러 절지동물을 조사하고 있었다. 그러던 중 모기의 난소와 정소만을 감염시킨 세포 내 세균을 관찰하였고, 이러한 세균은 난자에서도 발견되었다. 이 세균은 볼바키가 이전에 연구했던 로키산홍반열(Rocky Mountain spotted fever) 및 발진티푸스(typhus fever)의 원인균으로 지목된 리케차균과 유사하여 처음에는 관심을 가졌지만 이후 질병과는 관련이 없는 것으로 조사되어 무시되었다. 그 후 12년이 지난 1936년 허티그는 이 특정 기생 세균을 발견한 과학자와 발견된 모기에서 이름을 참고하여 볼바키아 피피엔티스(Wolbachia pipientis)라고 명명하여 발표하였다¹⁾.

세균 도메인 > Phylum Proteobacteria (프로테오박테리아 문) > Class Alphaproteobacteria (알파프로테오박테리아 강) > Order Richettsidales (리케차 목) > Family Anaplasmataceae (아나플라스마 과) > Genus Wolbachia (볼바키아 속)

곤충세포내 볼바키아의 투과전자현미경 사진 (출처: )

볼바키아균은 내부공생을 하는 세균의 속으로, 생활사 가운데 숙주가 없는 자유생활이 없다. 볼바키아균은 약 40~60%의 절지동물에서 항상 발견된다. 볼바키아균은 다양한 종류의 기관에 감염 될 수 있지만, 주로 숙주의 정소 및 난소에 가장 많이 감염된다. 볼바키아균은 감염된 성숙한 난자에서는 항상 발견되지만, 성숙된 정자에서는 존재하지 않는다. 따라서 감염된 암컷만이 자손에게 자신의 볼바키아균을 전달 할 수 있게 된다. 볼바키아 피피엔티스는 절지동물과 병원성 벌레에 주로 감염된다. 주로 감염된 암컷의 알을 통해 자손으로 전달된다. 절지동물에서 볼바키아 피피엔티스는 수컷 배를 죽이는 방법을 포함하는 감염된 암컷의 전체집단 수를 증가시키는 특이한 전략을 사용하여 무성적으로 번식하여 감염된 수컷이 암컷의 특성을 갖도록 한다. 추가적으로 기생 동물은 감염된 수컷을 감염되지 않은 암컷이나 다른 균으로 감염된 암컷과 교배하여 만들어지는 배를 파괴한다. 볼바키아 피피엔티스는 포유류에 감염되지는 않지만, 사상충증이나 상피병을 유발하는 사상충에 서식하는 것으로 밝혀져 의학적 중요성이 강조된다⁴⁾. 

볼바키아균이 내부공생을 하는 절지동물과 선충류는 이득을 얻게되는 경우가 많다. 특히 볼바키아균에 감염된 초파리와 모기들에서 바이러스에 내성이 생기는 것으로 나타났다. 특히 노로바이러스(Norovirus), 귀뚜라미 마비 바이러스(Cricket paralysis virus), 치구군야바이러스(Chikungunya virus) 등 레트로바이러스(retrovirus)에 내성이 더 강하게 나타났다. 또한 절지동물의 일부 볼바키아균이 숙주의 철분 대사매개나 비타민 B의 합성 등 대사활동을 돕고 있는 것으로 조사되었고, 숙주의 번식력 또한 증가시키는 것으로 밝혀졌다⁵⁾⁶⁾.

나비 애벌레에 볼바키아균을 죽일 수 있는 항생제 테트라사이클린의 처방으로 13%의 애벌레만이 성충으로 성장할 수 있었다⁷⁾. 여러 연구들은 항생제 처방이 내부공생을 하는 볼바키아균의 제거가 선충류의 번식을 방지하고 사멸을 유도한다는 것을 밝혀냈다. 따라서 최근 선충류나 절지동물등의 박멸을 위해 독성이 강한 치료제를 사용하여 직접 선충류나 절지동물들을 죽이는 것 보다는 항생제 사용을 통한 내부공생 볼바키아균의 제거를 통해 선충류나 절지동물의 박멸을 시도하는 움직임 등이 있다⁸⁾⁹⁾.

또한 최근 미국 환경보호청(EPA, Environmental Protection Agency)은 유전자조작 볼바키아균을 이용하여 야생모기를 처치하는 방안에 대한 것을 검토 중인 것으로 알려졌다. 이는 신생업체인 모스키토메이트(MosquitoMate)사에서 개발한 방법으로 유전자조작된 볼바키아균을 모기에 감염시킨 후 사육한 다음, 해당 수컷을 환경에 방출한다. 이때 유전자조작 볼바키아균은 수컷모기의 염색체를 적절히 형성하지 못하게 한다. 방출된 수컷은 자연환경의 야생 암컷과 교배하게 되고, 유전자조작 볼바키아균에 감염된 수컷에 의해 수정된 수정란은 부화하지 못하게 된다. 따라서 뎅기열, 황열, 지카등의 바이러스를 옮기는 야생모기를 제거 할 수 있는 매우 효과적인 방법으로 각광받고 있다. 미 환경보호청으로부터 승인을 받게 될 경우 살충제로서 유전자조작 볼바키아균을 판매할 계획이다¹⁰⁾.

유전자조작 , 그람음성균, 기생 세균, 리케차(Rickettsia), 내부공생, 기생, 바이러스, 레트로바이러스

이효정/군산대학교

최경희/원광대학교

1. Hertig, M. 1936. The rickettsia, Wolbachia pipientis (gen. et sp. n.) and associated inclusions of the mosquito, Culex pipiens. Parasitology 28, 453-486.
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