The insecticidal potential of Bacillus cereus group strains from insect-dense regions of the United Kingdom
이 연구는 곤충이 풍부한 영국 환경에서 분리된 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 그룹 균주들의 전전체 염기서열 분석을 통해 다양한 살충성 Cry 독소와 높은 비율의 새로운 생합성 유전자 클러스터를 밝혀냈으며, 이는 새로운 생물농약 후보 물질을 발견하기 위한 표적 생태학적 샘플링의 잠재력을 강조한다.
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농부들은 오랫동안 작물을 보호하기 위해 자연적인 아군에 의존해 왔습니다. 바로 곤충에게는 독성이 있지만 인간에게는 해롭지 않은 단백질을 생성하는 토양 서식 박테리아입니다. '바실러스 투린지엔시스(Bacillus thuringiensis)'로 알려진 이 미세한 전사는 수십 년 동안 들판에 살포되거나 종자에 삽입되어 세계에서 가장 중요한 생물학적 살충제 역할을 해왔습니다. 그러나 곤충이 화학 살충제에서 살아남기 위해 진화하듯, 이제 그들은 이러한 자연적 방어 기제에 저항하는 법을 배우고 있습니다. 해충들이 적응함에 따라 기존의 도구들은 효과가 떨어지고 있으며, 이는 새로운 곤충 살상 능력을 가진 원천을 찾기 위한 긴급한 필요성을 낳고 있습니다. 과학자들은 차세대 작물 보호의 열쇠를 쥐고 있을지도 모르는 새로운 박테리아 균주를 야생에서 찾기 위해 다시 자연으로 눈을 돌리고 있습니다.
최근 한 연구에서 연구진은 곤충이 대량으로 서식하는 곳을 탐색함으로써 이러한 잠재력을 조사하고자 했습니다. 그들은 딱정벌레가 대량 발생한 숲, 농업 연구소, 그리고 나방 애벌레가 가득한 해안 히스랜드(heathlands)를 포함하여 영국 전역의 세 가지 특정 지역을 여행했습니다. 연구팀은 이 지역들의 토양, 잎, 심지 even 죽은 곤충의 사체로부터 유명한 해충 퇴치균인 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 그룹의 새로운 균주 13종을 수집했습니다. 첨단 유전자 시퀀싱 기술을 사용하여, 연구진은 각 균주가 어떤 무기를 지니고 있는지 확인하기 위해 전체 DNA 코드를 지도화했습니다. 목표는 이 야생 박테리아들이 상업용 품종과 동일한 곤충 살상 유전자를 보유하고 있는지, 아니면 완전히 새로운 것을 보유하고 있는지를 판별하는 것이었습니다.
조사 결과, 단일한 유형의 해충 퇴치균보다 훨씬 더 다양한 풍부한 박테리아 다양성이 드러났습니다. 13개의 균주는 서로 다른 유전적 가문에 속하며 각기 다른 지침 세트를 운반하고 있었습니다. 이 중 5개의 균주는 바실러스 투린지엔시스를 곤충에 대해 효과적으로 만드는 바로 그 독소인 결정 단백질(crystal proteins)을 생성하는 특정 유전자를 보유하고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이 유전자들은 무작위가 아니었습니다. 이들은 현지의 곤충 개체군과 일치하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 겨울나방이 풍부한 해안 지역에서 발견된 균주들은 나방형 곤충을 표적으로 하는 것으로 알려진 유전자를 운반하고 있었습니다. 딱정벌레가 흔한 숲에서 온 균주들은 딱정벌레에 효과적인 독소를 포함하여 더 넓은 범위의 독소를 운반했습니다. 이는 박테리아가 주변 환경의 특정 해충에 맞춰 자연적으로 조율되어, 현지의 위협에 맞서 진화했음을 시사합니다.
알려진 독소 외에도 연구진은 더 파악하기 어려운 것, 즉 이차 대사산물(secondary metabolites)의 유전적 청사진을 조사했습니다. 이차 대사산물이란 박테리아가 생존과 경쟁을 돕기 위해 생성하는 복잡한 화학 화합물로, 종종 항생제나 추가적인 독소로 작용합니다. 연구팀은 이 물질들을 만드는 데 책임이 있는 유전자 클러스터를 게놈에서 스캔했습니다. 그들은 13개 균주 전체에서 총 274개의 유전자 클러스터를 발견했습니다. 매우 놀라운 점은 이 클러스터들 중 대다수—60퍼센트 이상—가 과학적 데이터베이스에 등록된 알려진 화학 공장과 일치하지 않았다는 것입니다. 그것들은 완전히 새로운 것이었습니다. 이는 이 야생 박테리아들이 과학자들이 아직 보지 못한 독특한 화학 물질들을 생산할 수 있는 광범위하고 미개척된 잠재적 저장고임을 나타냅니다.
가장 흥미로운 발견 중 하나는 죽은 애벌레에서 분리된 균주로부터 나왔습니다. 다른 균주들과 달리, 이 박테리아는 표준 결정 단백질 유전자를 가지고 있지 않았습니다. 대신, 앞서 언급한 새로운 유전자 클러스터들로 가득 차 있었습니다. 이는 매우 흥미로운 가능성을 제기합니다. 즉, 해당 곤충은 익숙한 결정 단백질이 아니라, 이 알려지지 않은 화학 무기 중 하나에 의해 죽었을 수도 있다는 것입니다. 만약 이것이 사실이라면, 일반적인 독소를 생성하지 않지만 아마도 더 강력한 화학적 공격에 의존하는 박테리아 세계의 '사기꾼(cheaters)'들이 잘 알려진 살해자들만큼이나 해충에게 위험할 수 있음을 의미합니다.
연구는 또한 이 새로운 야생 균주들을 현재 농부들이 사용하는 상업용 박테리아와 비교했습니다. 새로운 균주 중 몇몇은 상업용 품종과 유전적으로 거의 동일했는데, 이는 자연에서 발견되는 강력한 곤식 살상 계보가 농업을 위해 배양된 것과 동일함을 시사합니다. 그러나 다른 균주들에서 발견된 독특한 유전자 클러스터는 자연이 여전히 상업적 농업이 아직 활용하지 못한 비밀을 간직하고 있음을 보여줍니다. 연구진은 이 새로운 화학 물질들이 정확히 무엇을 하는지, 그리고 안전하게 사용될 수 있는지 확인하기 위해 더 많은 작업이 필요하다고 경고하면서도, 이번 발견이 명확한 길을 제시한다고 밝혔습니다. 적절한 장소, 특히 곤충이 번성하고 있는 환경을 살펴봄으로써, 과학자들은 우리 작물과 동일한 전투를 치르고 있을 뿐만 아니라 우리가 아직 발견하지 못한 무기로 무장한 박테리아를 찾을 수 있습니다.
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