반영구적 신진대사 정지 능력의 곤충 - 저온 고온 화학물질 내성

물없이 사는 생물 곤충의 신진대사 정지능력

생물에게 물은 신진 대사의 용매로 필요합니다. 세포에서 수분이 손실되어 간다면 대사는 중지하고 궁극적으로 죽음에 이릅니다. 그러나 일부 생물은 완전히 건조되도 대사가 정지해도 죽음없이 유지하다 물을 재흡수하면 신진 대사가 부활합니다. 이 현상은 건조 무대사 휴면이라고 생명 과학 분야에서 일반적인 모델 생물인 초파리나 선충등은 인정되지 않고, 곤충으로 아프리카 반 건조지대에 서식하는 Sleeping chironomid 유충에만 인정될 수 있습니다. 일단 건조 무대사 휴면 상태가 된 이 유충은 반영구적으로 신진대사를 정지시킬 수 있습니다. 게다가 물만있으면 약 1시간 건조 무대사 휴면에서 깨어 발육을 재개합니다. 

건조 무 대사 휴면상태의 유충은 고온(90 ℃), 저온(-270 ℃), 방사선(10kGy), 화학물질 (아세톤이나 에탄올)등에 노출에도 완전한 내성을 나타냅니다. 이 능력 덕분에 우주 공간에 2년 이상 방치해도 소생 가능한 상태를 유지할수 있었습니다. 이러한 극한적인 내성의 분자 메커니즘을 알기 위해 이 유충의 게놈분석을 실시했습니다.

 

건조 무대사 휴면같은 특이적인 생명 현상을 이해하기 위해서는 표현형 다른 생물간의 비교 게놈 분석이 활성화됩니다. 근친 곤충으로  건조에 감수성을 나타내므로 이러한 동속 이종의 2종류의 작은 곤충의 게놈정보를 비교하여 특유의 건조 무대사 휴면에 관여하는 유전자의 동정 목표로 했습니다.

개요 염기 서열을 결정했는데, 17,137개의 유전자를 가지고 있던 반면 다른 유사종은 16,553개의 유전자를 가지는 것이 밝혀졌다. 두 배열을 비교한 결과, 다른 게놈유전자 영역이 존재하는 것을 알 수 있었다. ARId (anhydrobiosis-related gene island)라고 명명된 유전자 영역에는 항산화 인자인 스트레스 단백질의 일종인 LEA 단백질 노화단백질 복구 효소인 PIMT8등의 생체분자 보호기능을 가진 유전자가  다중화하여 존재하고 있었습니다. 또한 ARId에 존재하는 유전자는 건조에 따라 발현이 상승하고 건조 과정의 발현량이 많은 유전자의 100번까지 포함되어있었습니다. 건조에 의한 유전자 발현 패턴을 두가지 사이에서 비교한 결과, 특유의 건조 반응하는 유전자 발현 조절기구가 존재하는 것을 발견했다.

LEA 단백질을 가진 곤충. 수평 전파에 의해 세균 유래의 유전자가 이 유충의 게놈에 들어가 그 후 LEA 단백질 유전자의 다중화가 일어난 것을 제안했습니다. 80만종 이상의 알려진 곤충 중에서 완전한 극한 건조내성(건조 무대사 휴면)를 발휘합니다. 연구를 통해 약 2500만년전에 다른 작은 곤충에서 분기한 이 곤충은 건조에 대한 환경 적응이라는 복합 적응 형질을 획득한 진화의 과정이 밝혀졌습니다