Identification of atoxigenic Aspergillus flavus from stored grains in controlling aflatoxin contamination in maize
본 연구는 방글라데시 옥수수에서 유래한 비독성 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus) 분리주를 식별하고 평가하였으며, 이들이 체외(in vitro) 및 체내(in planta) 환경 모두에서 아플라톡신 오염을 유의미하게 감소시킨다는 점을 입증하는 동시에, 유전자 존재 여부와 독소 생성 사이에서 관찰된 불일치로 인해 생물학적 방제 제품 개발을 위한 적합성을 확립하기 위해서는 추가적인 유전적 특성 분석이 필요함을 보여준다.
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수십억 명을 먹여 살리고 가축의 에너지원이 되는 황금빛 곡물인 옥수수는 소리 없이 찾아오는 보이지 않는 적에 직면해 있습니다. 저장된 옥수수 알갱이 속에 숨겨진 것은 아플라톡신이라 불리는 독성 물질 군입니다. 이 독소는 식물 자체가 만드는 것이 아니라, Aspergillus flavus라고 알려진 미세한 곰팡이에 의해 분비됩니다. 이 곰팡이가 곡물을 감염시키면 이러한 화학 물질을 생성하는데, 이는 매우 위험하여 아주 적은 양만으로도 인간과 동물에게 심각한 질병과 암을 유발할 수 있습니다. 이 독소는 색도 없고 냄새도 없기 때문에 전문 장비 없이는 탐지하는 것이 불가능하며, 이로 인해 오염된 옥수수는 전 세계 식량 공급망의 숨겨진 위험 요소가 됩니다. 수십 년 동안 과학자들은 이 곰팡이가 독소를 생성하는 것을 막을 방법을 찾기 위해, 안전하고 자연적이며 효과적인 해결책을 모색해 왔습니다.
최근 한 연구에서 방글라데시 농업대학교의 연구진은 이 위협에 대한 자연적인 방어책을 찾기 위해 노력했습니다. 그들은 위험한 종류와 비슷하게 보이고 행동하지만, 독소를 만드는 능력을 상실한 특정 유형의 곰팡이에 주목했습니다. 이들은 '비독성 균주(atoxigenic strains)'라고 불립니다. 아이디어는 단순하면서도 강력합니다. 만약 이 무해한 균주들을 옥수수 밭에 도입한다면, 이들이 위험한 독소 생성 균주를 밀어내어 독소가 곡물에 도달하기도 전에 생산을 효과적으로 차단할 수 있다는 것입니다. 연구팀은 이러한 무해한 토착 버전의 곰팡이를 찾기 위해 방글라데시 전역의 15개 옥수수 재배 지역에서 샘플을 수집했습니다. 그들은 44개의 서로 다른 균주를 분리해 냈으며, 이들이 실제로 작물의 방패 역할을 할 수 있는지 확인하기 위해 엄격한 일련의 테스트를 거쳤습니다.
과학자들은 먼저 자신들이 정확히 무엇을 다루고 있는지 확인해야 했습니다. 곰팡이의 유전 코드를 읽는 방법을 사용하여, 44개 샘нок 모두가 실제로 Aspergillus flavus임을 검증했습니다. 그다음, 그들은 곰팡이가 아플라톡신을 구축할 수 있게 하는 특정 유전적 지침을 찾았습니다. 그 결과 33개의 분리 균주는 이러한 지침을 완전히 결여하고 있음을 발견했으며, 이를 통해 무해함을 확인했습니다. 그러나 11개의 분리 균주는 여전히 일부 유전적 지침을 보유하고 있었는데, 이는 독소를 만들 능력이 있을 수도 있음을 시사했습니다. 이 초기 유전적 스크리닝은 시작에 불과했습니다. 진짜 시험은 이 균주들이 실제로 옥수수를 만났을 때 어떻게 행동하는지를 보는 것이었습니다.
연구진은 두 가지 유형의 실험을 수행했습니다. 첫째, 통제된 실험실 환경에서 옥수수 알갱이에 곰팡이 균주를 배치했습니다. 여기서 그들은 놀라운 혼합 결과를 관찰했습니다. 유전적으로 무해하다고 확인된 일부 균주들은 곡물 내 독소량을 최대 92%까지 줄이는 놀라운 성과를 보였습니다. 다른 균주들은 효과가 덜했습니다. 가장 주목할 점은, 유전적으로 무해하다고 확인된 몇몇 균주가 실제로 독소 수치를 약간 높였던 반면, 독소를 만드는 유전적 지침을 여전히 가지고 있던 일부 균주는 놀랍게도 독소 수치를 감소시켰다는 것입니다. 이는 단순히 유전자를 살펴보는 것만으로는 실제 상황에서 곰팡이가 어떻게 행동할지 예측하는 데 충분하지 않다는 것을 보여주었습니다.
그 후 연구팀은 더 현실적인 환경으로 조사를 옮겨, 화분에 옥수수를 기르고 발달 중인 이삭에 곰팡이 균주를 접종했습니다. 이 환경에서는 결과가 훨씬 더 일관되고 고무적이었습니다. 유전적으로 무해하다고 확인되었는지 여부와 관계없이 거의 모든 균주가 옥수수의 아플라톡신 양을 유의미하게 감소시켰습니다. 19개의 분리 균주는 독소 수치를 90% 이상 줄였고, 20개의 분리 균주는 80% 이상 줄였습니다. 실험실에서 성과가 낮았거나 독소를 만들 잠재력이 있는 유전자를 가졌던 균주들조차 살아있는 식물에서 작업할 때는 독소를 막는 데 매우 효과적이었습니다. 특히 한 균주는 실험실에서는 독소 수치를 높였음에도 불구하고, 현장에서는 독소를 90% 이상 감소시켰습니다.
이러한 발견은 방글라데시에서 발견된 토착 곰팡이 균주들이 생물학적 방제 제품의 강력한 후보라는 점을 시사합니다. 이 연구는 환경이 결정적인 역할을 한다는 점을 강조합니다. 즉, 페트리 접시 안에서 일어나는 일이 자라는 식물 위에서 일어나는 일을 항상 예측하는 것은 아닙니다. 연구진은 유전적 테스트가 유용한 출발점이지만, 그것이 최종 결론은 아니라고 결론지었습니다. 특정 균주가 광범위한 사용을 위해 안전하고 효과적인지 확신하기 위해서는, 이 곰팡이들이 곡물과 어떻게 상호작용하는지, 그리고 왜 실험실과 현장에서 다르게 행동하는지를 이해하기 위한 추가적인 분석이 필요합니다. 이 연구는 자연이 이미 잠재적인 해결책을 제공했다는 것을 확인시켜 주었지만, 그 잠재력을 온전히 끌어내기 위해서는 곰팡이, 식물, 그리고 토양 사이의 복잡한 관계에 대한 더 깊은 이해가 필요합니다.
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