유전자 드라이브는 식물에 치명적인 붉은 곰팡이를 제어할 수 있습니다.

유전자 드라이브는 식물에 치명적인 붉은 곰팡이를 제어할 수 있습니다.

실험실 테스트는 식물 질병 퇴치를 위한 유전자 확산 전략의 잠재력을 보여줍니다. 붉은 곰팡이는 모든 밀 농부의 골칫거리입니다. 붉은 곰팡이병을 유발하여 수확량을 줄이고 사람과 동물에게 해로운 독소로 곡물을 오염시킵니다. 호주 연구원들은 악명 높은 밀 병원균인 붉은 곰팡이와 싸우기 위한 새로운 전략을 내놓았습니다. 실험실에서 그들은 이 해충을 매우 유독하게 만드는 곰팡이 유전자를 제거하기 위해 '유전자 드라이브'라고 불리는 유전체 변형 기술을 사용했습니다. 새로운 밀 전략은 식물의 병원체를 제어하기 위해 유전자 드라이브를 사용하는 첫 번째 방법이 될 것입니다. 캔자스 주립 대학의 진균 병리학자인 존 레슬리는 이번 발견이 식물과 인간의 건강에 매우 중요하다고 말합니다. 그러나 유전자 드라이브는 실험실 외부에 배치된 적이 없으며 모기와 다른 해충을 제거하기 위해 사용하려는 계획은 논란이 되어 왔습니다. 밀 딱지는 북미, 유럽, 중국에서 증가하고 있는 문제입니다. 연구원들은 이 곰팡이에 내성이 있는 밀을 번식시키기 위해 노력하고 있으며 최근 몇 가지 성공을 거두고 있습니다. 그럼에도 불구하고 질병 관리가 갈림길에 와 있다고 호주 국립대학의 분자 식물 병리학자인 피터 솔로몬은 말합니다. 새로운 품종의 밀을 개발하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요합니다. 그리고 이 곰팡이에 대한 상당한 저항력을 만들기 위해서는 여러 유전자를 도입해야 할 것입니다. 그렇더라도 완전한 보호가 이루어지지 않을 수 있습니다. 한편, 이 곰팡이는 어떤 화학 처리에도 빠르게 내성이 생겨 여러 국가에서 이러한 살균제의 사용을 금지하기 시작했습니다. 이러한 이유로 솔로몬은 "질병 관리를 위한 새롭고 참신한 방법을 고려하는 것을 주저하지 않는 것이 중요합니다."라고 말합니다. 호주 캔버라에 있는 연방 과학산업 연구기구(CSIRO)의 분자생물학자인 도날드 가디너와 그의 동료들은 유전자 드라이브를 사용하여 붉은 곰팡이를 약하게 만들 수 있는지 알아보기로 했습니다. 이 과정은 유전자의 한 버전이 다음 세대로 전달되지만, 다른 버전은 전달되지 않도록 하는 유기체에 DNA를 도입하는 것을 포함합니다. 결국, 원하는 버전의 유전자들만 개체군에 남게 됩니다. 과학자들은 일반적으로 유전자 편집 도구인 CRISPR를 유전자 드라이버로 사용합니다. 이것이 연구자들이 말라리아 퇴치를 희망하는 방법입니다. 그들은 CRISPR를 적용하여 말라리아를 옮기는 모기 개체군을 모두 수컷으로 변형시켜 종을 번식할 수 없도록 하는 유전자를 퍼뜨렸습니다. 유전자 드라이브 방출의 장기적인 결과에 대한 많은 불확실성을 고려하여, 과학자들은 조심스럽게 작업을 진행하고 있습니다. 가디너와 그의 동료들은 이러한 우려를 알고 있음에도 여전히 유전자 드라이브가 밀 붉은 곰팡이병에 대해 탐구할 가치가 있다고 생각했습니다. 그들의 의도는 병원체를 매우 전염성이 강하고 감염된 곡물을 유독하게 만드는 세 가지 붉은 곰팡이 유전자를 제거하는 동시에 그 곰팡이는 DNA 측면에서 온전한 상태로 남겨두는 것이었습니다. 그들은 CRISPR가 이러한 유전자의 무해한 버전을 효율적으로 퍼뜨리지 못한다는 것을 발견했습니다. 그러나 가디너가 자연적 유전자 드라이브라고 부르는 다른 곰팡이의 유전자는 CRISPR보다 더 효율적이고 작업하기 쉽다는 것을 증명했습니다. 가디너와 동료들은 그 유전자를 세 개의 표적 유전자의 무해한 버전과 연결시켰습니다. 일단 붉은 곰팡이에 들어가면 유전자 드라이브는 표적 유전자의 원래 버전으로 감겨 있는 유성생식으로 생산된 모든 포자를 죽게 했습니다. 따라서 무해한 버전은 우선적으로 다음 세대로 이전되었습니다. 연구팀은 그다음 세대는 밀 붉은 곰팡이병을 일으킬 수 있는 능력이 떨어졌지만, 그 외에는 일반적인 붉은 곰팡이와 다르지 않았다고 바이오 아카이브에서 보고했습니다. 가디너는 "이것은 큰 책 중간에 있는 몇 개의 문장을 관련 없는 텍스트로 바꾸는 것과 같습니다."라고 말합니다. 연구팀은 또한 "불과 3세대 만에 세 개의 치명적인 유전자가 완전히 사라졌으며, 우리는 이 기술이 경제적으로 중요한 다른 많은 병원체에도 적용되어야 한다고 생각합니다."라고 덧붙였습니다. 다른 사람들은 회의적입니다. 베이징에 있는 중국과학원의 식물 생물학자 가오는 "이것은 새로운 아이디어지만 실용적이지 않습니다."라고 말합니다. 그녀는 독성 유전자가 결핍된 붉은 곰팡이가 야생에서 생존할 수 있고 또는 다른 곰팡이 종의 변질되지 않은 버전과 경쟁할 수 있다고 생각하지 않습니다. 그 결과는 다른 병원체가 우세할 수 있고, 그 질병은 여전히 문제가 될 것입니다. 그리고 레슬리는 일부 유형의 붉은 곰팡이를 포함한 많은 곰팡이가 유성생식을 거의 또는 전혀 하지 않는다는 점을 강조합니다. 이는 유전자 구동 제어 메커니즘이 작동하기 위한 전제 조건입니다. 또한 그는 "현장 실험을 하는 것은 매우 중요하며 아마도 설계하기 어려울 것입니다."라고 덧붙였습니다. 연구팀은 유전자 드라이브가 자연조건에서 밀 붉은 곰팡이병을 줄이는 데 효과적이며, 동시에 변형된 곰팡이가 야생으로 빠져나가지 않도록 해야 한다고 말합니다. 그리고 물류 문제가 해결될 수 있다 하더라도 유전자 조작 식물 병원성 곰팡이를 방출하기 위한 규제 승인을 받는 것은 어려울 것입니다. 이 개념은 탐구할 가치가 있습니다. 비록 실패하더라도 우리는 곰팡이 개체군을 관리하는 방법에 대해 많은 것을 배워야 합니다.