Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

턱이 있는 모든 척추동물은 침입자를 인식하도록 설계된 정교한 내부 보안 시스템을 갖추고 있습니다. 이 시스템의 중심에는 주요 조직 적합성 복합체(Major Histocompatibility Complex)라고 알려진 특정 유전자 세트가 자리 잡고 있습니다. 이 유전자들을 세포 표면에 착용하는 신분증의 설계도라고 생각해보십시오. 이 신분증은 작은 단백질 조각들을 전시하여, 세포가 건강한 신체의 일부인지 아니면 바이러스나 박테리아를 옮기는 외부 침입자인지를 면역 체계에 알려주는 시각적인 성적표 역할을 합니다. 만약 면역 체계가 이 신분증을 외부의 것으로 인식하면, 위협을 제거하기 위해 공격을 개시합니다. 병원균의 세계는 끊임없이 변화하기 때문에, 이러한 신분증은 믿기 힘들 정도로 다양해야 합니다. 만약 모든 개체가 정확히 같은 디자인의 신분증을 가지고 있다면, 단 하나의 새로운 질병만으로도 전체 개체군이 전멸할 수 있습니다. 대신, 자연은 다양한 신분증 디자인을 선호함으로써, 적어도 일부 개체들은 항상 새로운 위협을 인식하고 맞서 싸울 수 있도록 보장합니다.

과학자들이 인간과 닭 같은 가축의 이러한 유전 체계를 상세히 연구해 온 반면, 집비둘기는 이와 관련하여 미지의 영역으로 남아 있었습니다. 이 새들은 우리 도시 어디에서나 볼 수 있지만, 그들의 구체적인 면역 유전학은 철저히 밝혀지지 않았습니다. 한 연구팀은 폴란드의 5개 주요 도시에 서식하는 야생 비둘기의 면역 유전자를 조사함으로써 이 공백을 메우고자 했습니다. 그들은 세포 외 병원균과 싸우는 데 책임이 있는 특정 면역 체계에 집중했으며, 각 새가 얼마나 많은 복사본의 유전자를 보유하고 있는지와 그 복사본들 사이에 얼마나 많은 다양성이 존재하는지를 면밀히 살펴보았습니다. 그들의 연구는 이 흔한 도시 새들이 이전에 가정했던 것보다 더 복잡한 유전적 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 즉, 개체마다 서로 다른 수의 면역 유전자 복사본을 보유하고 있으며, 두 개의 고대 유전자 가문 사이의 뚜렷한 진화 패턴을 보인다는 것입니다.

연구진은 그단스크, 크라쿠프, 우치, 바르샤바, 브로츠와프에서 200마리의 비둘기를 포획하여 각 새로부터 작은 혈액 샘 l샘플을 채취했습니다. 그런 다음 그들은 DAB1과 DAB2로 알려진 두 가지 특정 면역 계보를 조사하기 위해 첨단 DNA 시퀀싱 기술을 사용했습니다. 이것들은 수백만 년 동안 조류 종들 사이에서 보존되어 온 동일한 유전자 가문의 고대 버전입니다. 연구팀은 단순히 얼마나 많은 다른 버전의 유전자가 존재하는지를 센 것이 아니라, 단일 새의 DNA 안에 각 유전자의 복사본이 몇 개나 존재하는지도 파악하려 노력했습니다. 이는 표준 DNA 검사가 특히 복사본들이 매우 유사할 때, 새가 유전자 복사본을 하나 가지고 있는지 혹은 여러 개를 가지고 있는지를 구별하는 데 어려움을 겪기 때문에 까다로운 작업입니다. 연구진은 유전 서열의 패턴을 세심하게 분석함으로써 각 새의 유전적 구성을 재구성할 수 있었습니다.

그들은 비둘기들이 면역 유전자에 있어 중간 정도의 다양성을 지니고 있다는 것을 발견했습니다. 전체 그룹을 통틀어, 연구팀은 19개의 서로 다른 DAB1 유전자 버전과 24개의 서로 다른 DAB2 유전자 버전을 확인했습니다. 그러나 가장 놀라운 발견은 다양성의 존재 자체가 아니라 복사본의 수였습니다. 대부분의 새는 각 유전자 계보를 단일 복사본으로 가지고 있는 것으로 보였으며, 이는 일반적인 기대치입니다. 하지만 상당수의 개체가 추가적인 복사본을 보유하고 있었습니다. 어떤 새들은 세 개의 DAB1 유전자 복사본을 가졌고, 다른 새들은 최대 세 개의 DAB2 유전자 복사본을 가졌습니다. 이는 같은 종 내에서도 서로 다른 새들이 이러한 중요한 면역 유전자의 서로 다른 수를 보유하고 있음을 의미합니다. 연구진은 이러한 추가 복사본들이 무작위적인 오류가 아니라, 일부 새들이 물려받은 특정 유전적 패키지, 즉 하플로타입(haplotype)의 일부라는 것을 밝혀냈습니다. 실제로, 어떤 비둘기들은 단일 유전자 복사본을 가진 하나의 유전적 패키지와 세 개의 유전자 복사본을 가진 또 다른 패키지를 모두 보유하여, 결과적으로 해당 개체 내에 총 4개의 복사본을 가지고 있음이 드러났습니다.

이 연구는 또한 이 두 고대 유전자 계보인 DAB1과 DAB2가 서로 다른 방식으로 진화하고 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 이들은 서로 연관되어 있지만, 서로 다른 길을 걸어왔습니다. DAB2 계보는 다양성 선택(diversifying selection), 즉 면역 체계가 새로운 병원균을 인식하기 위해 계속 변화하도록 만드는 진화적 압력을 더 강하게 보여주었습니다. 이는 DAB2가 다양성과 적응성을 유지하기 위해 강렬한 압력을 받고 있음을 시사합니다. 반면, DAB1 계보는 유전자 재조합(recombination), 즉 새로운 조합을 만들기 위해 유전 물질을 교환하는 과정의 더 강한 신호를 보여주었습니다. 이는 DAB1이 다양성을 창출하기 위해 기존의 유전 물질을 섞는 데 더 의존하는 반면, DAB2는 새로운 변화를 축적하는 데 더 의존한다는 것을 나타냅니다. 또한, 연구진은 비둘기의 추가 유전자 복사본들이 높은 다양성을 보이지 않는다는 점을 발견했습니다. 이들은 기본 복사본과 매우 유사한 경향을 보였는데, 이는 이들이 아직 자신만의 고유한 정체성을 발달시킬 시간이 부족했던, 비교적 최근에 게놈에 추가된 것임을 시사합니다.

이러한 결과는 면역 유전자 복사본 수의 변이가 드문 사고가 아니라 조류에서 흔한 특징일 수 있음을 시사합니다. 인간과 함께 살아가며 도시 환경에 적응해 온 긴 역사를 가진 야생 비둘기에게서 이러한 변이가 존재한다는 사실은 그들의 면역 체계가 얼마나 복잡한지를 강조합니다. 연구진은 이 비둘기들의 전반적인 유전적 다양성이 상대적으로 낮다고 언급했는데, 이는 가축화 과정과 개체군 병목 현상에 관한 알려진 사실과 일치합니다. 이러한 낮은 다양성에도 불구하고, 일부 개체에서 나타나는 다중 유전자 복사본의 존재는 그들이 병원균이 풍부한 도시 환경에서 살아남는 데 도움이 될 수 있는 복잡성을 더해줍니다. 이 연구는 집비둘기가 면역 체계가 어떻게 진화하는지, 특히 유전자 중복과 변이가 질병과 싸우는 능력에 어떻게 기여하는지를 이해하는 데 귀중한 모델임을 결 결론짓습니다. 이 흔한 새들이 서로 다른 수의 면역 유전자를 운반하고 있음을 밝힘으로써, 이 연구는 이러한 유전적 차이가 새들과 그들이 근처에 사는 인간의 건강에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 추가적인 조사의 문을 열어줍니다.