Cultivation-dependent transcriptomic reprogramming and insecticidal performance of Beauveria bassiana A1 from solid-state and submerged cultures
본 연구는 고체 발효와 액체 발효가 *Beauveria bassiana* A1의 전사체 재프로그래밍, 특히 2차 대사 및 세포 외 분해 유전자에 서로 다른 영향을 미치지만, 두 배양 방식 모두 결과적으로 고농도에서 *Plutella xylostella*에 대해 유사한 살충 효능을 가진 포자를 생성한다는 것을 입증하며, 이는 생물 농약 생산을 위한 확장 가능한 대안으로서 액체 발효의 잠재력을 뒷받침한다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 동료 심사를 거치지 않은 프리프린트의 AI 생성 설명입니다. 의학적 조언이 아닙니다. 이 내용을 바탕으로 건강 관련 결정을 내리지 마세요. 전체 면책 조항 읽기
농업의 세계에서 농부들은 종종 끊임없는 적에 직면합니다. 바로 작물을 수확하는 속도보다 더 빠르게 갉아먹는 곤충들입니다. 독한 화학 물질을 사용하지 않고 이에 맞서기 위해, 과학자들은 자연의 포식자, 구체적으로는 '보베리아 바시아나(Beauveria bassiana)'라고 불리는 미세한 곰팡이에 주목합니다. 이 곰팡이는 생물학적 무기처럼 작용하여 곤충을 찾아내고, 그 위에 내려앉아 곤충의 몸속에서 자라나 결국 곤충을 죽게 만듭니다. 그 후 곰팡이는 밖으로 터져 나와 수백만 개의 작은 포자를 방출하며 새로운 희생자를 찾아 나섭니다. 이것이 실제 현장에서 작동하려면 농부들에게 막대한 양의 포자가 필요하며, 이는 곧 과학자들이 이 곰팡이를 대량으로 배양해야 함을 의미합니다.
이러한 곰팡이 군단을 키우는 데는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 첫 번째 방법인 고체 발효는 따뜻하고 습한 오븐에서 빵을 굽는 것과 비슷합니다. 곰팡이는 축축한 곡물이나 농업 폐기물 위에서 자라며, 자연적으로 강인하고 곤충의 왁스질 피부에 잘 달라붙을 준비가 된 건조하고 폭신한 포자 층을 형성합니다. 두 번째 방법인 액체 발효는 맥주를 양조하는 것과 더 비슷합니다. 곰팡이는 거대한 액체 탱크 안에서 자라며, 이곳에서 과학자들은 온도, 산소, 영양분을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 액체 방식은 규모를 키우고 자동화하기 더 쉽지만, 한 가지 의구심이 남아 있었습니다. 물에서 키운 곰팡이가 그 성격(personality)을 바꾸지는 않을까 하는 점입니다. 즉, 고체 곡물에서 키운 포자에 비해 액체에서 키운 포립의 살충 효과가 떨어지지는 않을까요?
국립 타이완 대학교의 연구팀은 단순히 생산된 포자의 양뿐만 아니라, 그 안에 담긴 유전적 지침을 살펴봄으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 그들은 동일한 균주의 보베리아 바시아나를 고체 곡물 환경과 액체 탱크 환경 모두에서 배양했습니다. 포자가 준비되자, 그들은 이 곰팡이의 유전 코드를 깊이 파고들어 각 환경에서 어떤 유전자가 켜지거나 꺼지는지 확인했습니다. 그들은 두 그룹의 곰팡이가 매우 다른 삶을 살고 있다는 것을 발견했습니다. 고체 곡물에서 자란 포자는 단단한 물질을 분해하도록 설계된 방대한 유전자 세트를 활성화했습니다. 이 유전자들은 강력한 효소를 만들어냈는데, 이 효소는 마치 분자 가위처럼 작용하여 곤충의 딱딱한 외피를 베어낼 수 있는 생물학적 도구입니다. 또한 이들은 곰팡이가 경쟁하고 스스로를 방어하는 데 도움이 되는 이차 화학 물질을 생성하는 유전자들도 활성화했습니다.
반면, 액체 탱크에서 자란 포자들은 다른 우선순위를 가지고 있었습니다. 이들의 유전적 활동은 액체 환경에서 흔히 부족한 영양소인 철분을 찾고 흡수하는 것과, 특정 독소를 생산하는 것에 집중되었습니다. 이들은 고체에서 자란 포자들처럼 강력한 절단 도구를 켜지 않았습니다. 이는 액체에서 자란 포자들이 곤충의 갑옷을 뚫고 들어가는 즉각적인 과업을 수행할 준비가 덜 되어 있음을 시사했습니다. 연구진은 이 이론을 검증하기 위해 두 종류의 포자를 흔한 채소 해충인 배추흰나비 유충에게 살포했습니다. 그들은 적은 양부터 아주 많은 양의 포자까지 다양한 농도를 사용하여 실험했습니다.
결과는 시간상의 차이는 명확했으나, 최종 결과에는 차이가 없었습니다. 연구진이 중간 정도의 양의 포자를 사용했을 때, 고체 곡물에서 자란 포자가 곤충을 약간 더 빠르게 죽였습니다. 고체에서 자란 포자들은 접촉 즉시 곤충의 껍질을 공격하도록 유전적으로 준비되어 있었기에 유충들이 더 빨리 죽었습니다. 액체에서 자란 포자들은 곤충에 내려앉은 후 자신들의 절단 도구를 가동해야 했기에 시작하는 데 시간이 좀 더 걸렸습니다. 그러나 연구진이 높은 농도의 포자를 사용했을 때는 그 차이가 사라졌습니다. 이 높은 농도에서는 두 종류의 포자 모두 3일 이내에 모든 곤충을 죽였습니다. 압도적인 수의 공격자들은 포자가 즉각적인 공격을 위해 유전적으로 준비되었는지 여부와 상관없이 곤충을 제압했습니다.
이 발견은 액체 방식의 곰팡이 배양이 적용 전략을 조정한다면 생물 농약을 만드는 유효한 대안이 될 수 있음을 시사합니다. 고체에서 자란 포자가 속도 면에서 앞설 수는 있지만, 액체에서 자란 포자 역시 충분한 양을 살포한다면 똑같이 치명적입니다. 이 연구는 배양 환경에 의한 유전적 차이가 공격의 성공 여부가 아닌 공격의 속도를 변화시킨다는 것을 보여줍니다. 농부와 제조업체들에게 이는, 비록 시작은 약간 느릴지라도 충분한 밀도의 포자가 작물에 전달되도록 보장하기만 한다면, 더 쉽고 통제 가능한 액체 방식을 사용할 수 있다는 것을 의미합니다. 곰팡이는 여전히 강력한 도구이며, 그 효과는 어디에서 태어났느냐보다 얼마나 많은 수가 전장으로 보내지느냐에 달려 있습니다.
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