[전남인터넷신문]농업에서 병해충은 세계 식량 안보, 무역, 생계에 심각한 위협을 가하고 있다. 유엔식량농업기구(FAO)의 추산에 따르면, 농작물 질병과 해충으로 인한 전 세계의 연간 수확량 손실은 40%에 달하며, 경제적 손실은 미화 2,200억 달러를 초과한다. 농약은 작물을 보호하고 경제적 손실을 줄이는 데 중요한 기여를 해 왔다. 따라서 고효율, 친환경, 저저항 친환경 농약은 농약 산업과 농업 발전에서 피할 수 없는 추세이다.

친환경 농약을 만드는 핵심은 인간과 동물에게 안전한 농약의 분자 표적을 찾는 것이다. 이와 관련해서 중국 중국농업과학원심수농업기인조연구소(中國農業科學院深圳農業基因組研究所) 양청(楊青) 교수팀은 곤충에서 특별한 유형의 단백질-ABCH(진핵 ABC 수송체의 하위 계열) 수송체를 발견했다. 연구 결과는 지난 24일 세계적인 국제 저널인 'Cell'의 온라인판에 게재되었다.

곤충은 동물계에서 가장 다양하고 가장 큰 분류군이다. 곤충은 비교적 크기가 작아 부피 대비 표면적이 불리한 비율로 인해 건조에 특히 취약하다. 곤충 표면에서 수분 증발은 큐티클 안이나 큐티클에 지질 및 지질 관련 성분이 존재함으로써 상당히 감소한다. 이 지질 기반 장벽은 큐티클의 안쪽 불투과성에도 역할이 있는 것으로 추정된다. 특히 지질의 세포외 기질로의 수송 및 통합에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 큐티클 지질 생성은 지질 항상성에 관여하는 아표피성 세포에서 주로 발생한다.

이번 연구에서 발견된 특별한 유형의 단백질-ABCH 수송체는 지질을 곤충의 표피로 운반하여 곤충의 탈수를 방지하고 병원성 미생물의 침입에 저항하는 역할을 한다. ABCH는 모든 곤충에 존재하지만 인간, 척추동물, 식물에는 존재하지 않으므로 개발이 필요한 살충제에 대한 이상적인 분자 표적이다.

연구팀은 ABCH가 세포막에 있는 작은 지질 분자인 세라마이드를 키틴 표피까지 운반하고 살충제 '페녹시카브'를 유출시켜 세포를 해독하는 정교한 메커니즘을 설명하고, ABCH가 '압착 펌프'처럼 작용한다는 사실을 밝혀냈다. 세라마이드와 살충제 분자를 세포 밖으로 보내는 과정과 ABCH 수송체의 억제제 분자도 발견했다. 이 "X" 모양의 분자는 기질 결합 상태에서 ABCH를 완벽하게 고정하여 ABCH가 살충제를 유출하는 것을 방지하여 약물 저항성 문제를 해결하는 새로운 사고 방식을 제공할 것으로 생각된다.

이 연구는 곤충 ABCH 수송체가 생리적 기질 지질과 외인성 살충제 기질을 수송하는 분자 메커니즘을 처음으로 밝혀냈으며, 이는 살충제 분자 표적을 지향하는 ABCH 수송체의 연구, 개발 및 적용을 크게 촉진하고 향상시킬 것으로 기대된다. 또한 곤충 저항 메커니즘에 대한 심층적인 분석을 제공하며, 저항성 문제의 효과적인 관리를 위한 이론적, 실무적 지침이 될 것으로 기대된다.

[자료출처]

Jinli Chen, Yanwei Duan, and Yuanyuan Zhou, and Qing Yang. 2024. Squeeze pumping of lipids and insecticides by ABCH transporter. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.11.033