거미와 지네의 독은 인슐린과 비슷한 호르몬에서 진화했다

[사이언스 데일리] 깔때기그물 거미의 독은 강력한 신경독소를 함유하고 있어 먹잇감 (보통은 곤충들) 을 즉각 마비시킨다. 하지만 수백만년 전, 이 독은 사람의 인슐린이 하는 역할과 비슷하게 이 거미의 조상들이 당의 대사를 조절할 수 있게 해주는 호르몬이었을 뿐이다. 놀랍게도 이 호르몬을 독으로 만들어 무기화 하는 일은 거미류 뿐 아니라 다른 방식을 통해 지네류에서도 일어났다.

(2015년 6월 11일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 셀 프레스(Cell Press)

 

달링 다운스 깔때기그물거미. 이 거미의 독은 인슐린과 비슷한 호르몬에서부터 진화했다. Credit: Courtesy of Glenn King

달링 다운스 깔때기그물거미. 이 거미의 독은 인슐린과 비슷한 호르몬에서부터 진화했다. Credit: Courtesy of Glenn King

깔때기그물거미의 독은 강력한 신경독소를 함유하고 있어 먹잇감 (보통은 곤충들) 을 즉각 마비시킨다. 하지만 수백만년 전, 이 독은 사람의 인슐린이 하는 역할과 비슷하게 이 거미의 조상들이 당의 대사를 조절할 수 있게 해주는 호르몬이었을 뿐이다. 학술지 스트럭쳐 (Structure) 에 발표된 논문에 의하면, 놀랍게도 이 호르몬을 독으로 만들어 무기화 하는 일은 거미류 뿐 아니라 다른 방식을 통해 지네류에서도 일어났다.

오스트레일리아의 퀸즐랜드 대학과 오레건 주 포틀랜드에 위치한 루이스 앤 클라크 칼리지의 연구자들은 독 단백질과 다른 분자들의 유사성을 비교하던 중에 이  두 가지 물질의 연관성을 발견했다. 이들은 독소와 호르몬이 서로 다른 유전자 서열을 가지고 있음에도 불구하고 유사한 분자 모양을 가지고 있다는 것을 알아냈다.

“거미의 독소를 만들어내는 염기서열을 가지고 BLAST 검색을 하면 호르몬은 염기서열이 워낙 달라서 검색결과에 나오지 않을 겁니다.” 퀸즐랜드 대학 분자생물과학 연구소의 생화학자이자 구조생물학자인 선임저자 글렌 킹의 말이다. “하지만 구조 검색을 하자 결과에 호르몬이 나타나서 우리 모두가 깜짝놀랐습니다. 염기서열로는 독소가 어디에서부터 진화했는지 알 수 없었지만 구조를 보면 분명했습니다.”

독소의 과거를 아는 것은 새로운 약품이나 생물학적 살충제를 개발하는 데 유용하다. 독 분자들은 엄청나게 복잡해서 (어떤 것들은 3,000 개 이상의 펩타이드로 이루어져 있다) 구조가 한 번 알려지고 나면 킹 박사와 같은 연구자들은 염기서열에 변화를 줌으로써 기능을 넣거나 빼면서 더 쉽게 독소를 “진화”시킬 수 있다. 이런 실험을 통해 만들어진 제품으로는 혈압약, 진통제, 그리고 생물학저거 살충제 등이 있는데 이들 모두 유기물에 기반하고 있어 자연적으로 분해가 된다.

킹의 연구그룹은 지네류의 독이 호르몬의 더 미묘한 변화들을 통해 더 안정적이고 더 나은 공학적 템플릿이 되었다는 것을 밝혀냈다. 킹 박사는 스탠포드 대학의 생물학 및 화학공학자인 제니퍼 코크란과 협력하여 시험관 내에서 거미 및 지네류의 독소에 대한 진화실험을 하고 있다. 실험의 목적은 독소들로부터 독성을 제거하여 농업이나 의학의 문제들을 해결하는 데 사용하는 것이다.

한 가지 남은 질문은 어떻게 몸 속의 단백질이 무기로 진화할 수 있었는가 하는 것이다. 킹 박사는 호르몬이 고대 절지동물의 독에 같이 섞여 들어가 먹잇감에게 부정적인 영향을 끼쳤을 수 있다는 가설을 제시했다. “만일 호르몬이 먹잇감에게 뭔가 안 좋은 영향을 끼쳤다면 그 호르몬을 많이 생산해 독과 함께 묶어둘 수도 있었겠죠.” 킹 박사의 말이다. “그게 바로 시작점이고 거기서부터 진화하면 더 강력해 질 수 있는 거죠.”

수렴진화의 예로 지네류와 거미는 호르몬을 강력한 신경독소로 만들기 위해 다른 전략을 사용했다. 두 종류의 절지동물 모두 독 분자의 여러 가지 버전을 가지고 있다. 이들이 오랜 시간에 걸친 진화를 통해 독 분자들에 새로운 기능을 성공적으로 추가해 왔다는 사실을 보여주는 것이다.

이 연구는 오스트레일리아 연구위원회 및 오스트레일리아 국립 보건 및 의학연구위원회의 지원을 받았다.

참고문헌

Undheim et al. Weaponization of a Hormone: Convergent Recruitment of Hyperglycemic Hormone into the Venom of Arthropod Predators. Structure, 2015 DOI: 10.1016/j.str.2015.05.003

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카테고리:번역, 사이언스 데일리, 생물학, 현생, 절지동물

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