- 2022년~2023년 말라리아 모기 최신 자생 서식지 정의 및 살충제 저항성의 실험실적 분석 -
[연구필요성]
효과적인 말라리아 퇴치를 위해서는 벡터 모기(Anopheles)를 제어할 필요가 있으며 이를 위해 벡터 모기가 자생하는 환경 생태계를 계속 모니터링할 필요가 있으나 국내에서는 2007년 이후 자생지 특성에 대한 분석이 미흡한 상황이다.
중국은 자생 환경지에 대한 지속적인 관심으로 현재 말라리아가 퇴치되었으나, 국내에서는 말라리아 환자가 2022년보다 2배 이상 증가하여 2023년에는 환자수가 700명을 넘었다.
벡터 모기 제어를 효과적으로 수행하기 위해서는 국내 자생지 분석 및 현재 사용되는 살충제에 대한 벡터 모기의 내성력을 분석함으로써, 사용되고 있는 살충제의 효율성에 대해 재검할 필요가 있으나, 벡터 모기의 자생지 정보가 부재한 탓에, 최근 국내 실험실적 배양의 어려움에 봉착하여 2011년 이후 변이 상태에서의 살충제 실제 내성력 평가자료가 부재하다.
따라서, 자생 환경의 이해를 넓히고, 이 특성을 반영한 뒤, 실험실적 배양법을 확보해야만, 벡터 모기의 살충제 내성 관련 유전자 돌연변이들의 살충제 저항성을 실험적으로 평가할 수 있어, 효율적인 벡터 모기의 제어를 할 수 있다.
[연구성과/기대효과]
2022~2023년 경기도 북부 비무장지대 근처 김포, 강화도에서 벡터 모기(Anopheles)의 서식지 두 곳이 마을에서 100m 내 위치한 산 초입에서 발견되었고, 이를 근거로 유충과 성충의 자생 환경적 특성을 분석하였다.
연간 또는 월간 평균 기온 및 강수량과 채집한 유충 수 사이의 상관관계, 지리적, 지형학적 특성을 파악하여 최신 벡터 모기(Anopheles) 유충 서식지를 정의하였다.
살충제 내성 관련 유전자 분석으로, 말라리아 모기 성충 90% 이상에서 6종류의 살충제 내성 유전자형이 검출되어 이는 중국보다 더 많은 살충제 내성 유전자가 국내에 빠르게 확산되고 있음을 확인하였다.
나아가, 벡터 모기의 알-유충-번데기-성충 실험실적 배양법을 구축하여 살충제의 50% 치사농도를 실험적으로 평가한 결과, 본 시험에 사용한 살충제 50% 치사농도가 마지막 발표된 2011년 이후보다 증가하였음을 확인하였다.
본 연구성과는 최신 국내 벡터 모기의 자생지 특성에 대한 자료로 활용되어 더 효과적인 벡터 모기의 제어가 이뤄져 국내외 말라리아 제어에 기여할 것으로 판단된다.
또한, 그간 국내에서 미흡했던 벡터 모기의 실험실적 배양법이 가능해져, 최신 돌연변이 내성주 모기에 대한 효율적인 살충제 50% 치사농도 재설정에 기여할 것으로 판단된다.
해당 논문은 2023년 12월 16일‘Malaria Journal’에 게시되었고 2024년 1월 2일에 MalariaWorld에 공유되었다.
이번 연구는 보건복지부 글로벌백신 미래성장고부가가치백신개발 사업 지원으로 이루어졌다.
[본문]
□ 2022~2023년 경기도 북부 비무장 지대 근처 (김포, 강화도)에서 벡터 모기(Anopheles)의 서식지 발견으로 유충과 성충의 자생 환경적 특성 분석
최근 15년간 보고되지 않았던 유충 서식지가 DMZ 근처 마을에서 100m 이내에 있는 산 초입 두 군데의 개울 및 습지에서 발견되었다.
연간 또는 월간 평균 기온 및 강수량과 채집한 유충 수 사이의 상관관계, 지리적, 지형학적 특성을 파악한 결과, 15년 전에 보고된 가장 유력한 국내 유충 자생서식지였던 논이 아닌, 마을과 가까운 산 가까운 해발고도 50-80m 위치의 분지 지역 내에서 유충 존재를 발견할 수 있었다.
두 장소 모두 최근 10년 이내 산이 경작지로 변경되어 새로 경작지가 생긴 지역의, 산과 신규 경작지 경계선이었으며, 각각 10cm, 50cm 깊이의 얕은 개울과 습지였다.
□ 살충제에 대한 벡터 모기의 내성력 분석을 위한 실험실적 유충 및 성충 배양법 확보
말라리아 전염모기 성충 90% 이상에서 6종류 살충제 내성 유전자형이 검출되어 중국보다 더 많은 살충제 내성 유전자가 국내에 빠르게 확산되고 있음을 확인했다.
유전자형이 갖는 살충제 내성력에 대해 실험실적 시험을 수행하기 위해서는 임신하지 않은 암컷 모기가 필요한데 국내에서는 2011년 이후 말라리아 모기를 알-유충-번데기-성충으로 발달시키는 최신 연구법이 보고되지 않아 평가자료가 부재한 상황이다.
본 연구에서 말라리아 모기의 알-유충-번데기-성충으로 발달시키는 배양 조건을 성공적으로 구축하였고, 같은 종의 성충 암컷을 확보하는 데 성공하여, 살충제의 50% 치사농도를 실험적으로 평가한 결과, 50% 치사농도가 마지막 발표된 2011년 이후보다 증가하였음을 확인하였다.
[연구결과]
Identification of breeding habitats and kdr mutations in Anopheles spp. in South Korea
Hyelee Hong, Tae-Hui Eom, Thuy-Tien Thi Trinh, Bao Duong Tuan, Hyun Park & Seon-Ju Yeo
Malaria Journal (doi: https://doi.org/10.1186/s12936-023-04821-x)
연구성과는 최근 15년간 부재한 국내 말라리아 벡터 모기의 자생지 특성에 대한 자료로 활용되어 더 효과적인 벡터 모기의 제어에 기여할 것으로 판단된다.
2011년 이후 국내 미흡했던 벡터 모기의 실험실적 배양법이 다시 가능해져서, 최신 돌연변이 내성주 모기에 대한 효율적인 살충제 농도 설정에 기여할 것으로 판단한다.
[그림설명]
※ 연구 이야기
□ 연구를 시작한 계기
말라리아는 간에 감염되는 단계가 백신이나 치료제를 통해 억제되어야 근본적으로 제어가 되는데, 그간 국내에서는 간 감염단계의 연구가 부재했고, 백신의 연구 또한 매우 희소한 상황이어서, 임용 후부터 간 감염단계 연구를 고민하게 되었다.
말라리아의 간 감염단계를 개발하기 어려운 이유는 기생충에 속하는 원충이 인체 감염되는 발달형태가 모기를 통해서만 발달하는데, 한국형 말라리아 모기의 배양이 국내에서 부재했기 때문에, 국내 말라리아 유충 자생지를 먼저 찾기 시작했고, 자생지 환경의 이해를 넓히면서, 말라리아 모기의 습성을 이해하고, 이를 기반으로 실험실내 야생 말라리아 모기 배양법에 도전하게 되었다.
□ 연구과정 중 어려웠던 점
2007년까지 보고된 논과 같은 자연환경에서는 더 이상 말라리아 모기 유충이 발견되고 있지 않고 있기 때문에, 최근 말라리아 모기 유충 자생지의 생태계는 환자가 기보고된 마을을 중심으로 주변을 탐방하기 시작해야만 했다.
막연히 유충의 서식지를 조사할 때, 온갖 풀과 잡목으로 우거진 야생환경 속에서 숨어있는 습지에 직접 위험을 무릅쓰고 접근해서 조사해야 했기 때문에, 뱀이나 해충에 노출될 수 밖에 없는 위험이 있었다.
두 번의 여름 동안 결국 두 개의 유충 자생지를 발견했고, 발견한 환경적 특성 기반으로, 10년 전까지 알려진 한국 말라리아 모기가 환경에 적응하며 지금은 생리학적으로 달라져서, 그 예전 배양 조건이 지금의 모기들에게는 적용이 안될 수 있을 것으로 판단되었다. 따라서 발견한 야생환경처럼 실험실적 배양법을 구축하고자 다양한 환경 요소를 여러 조합으로 반영해야만 했으나, 좁은 개인 실험실에서 야생 말라리아 유충을 배양하는 것은 좀처럼 공간적으로 쉬운 일이 아니었다.
실내 배양법을 구축하기 위해 환경에서 확보한 기온/습도 조건 하에서, 동시에 수십가지 배양 조건 조합을 만들어가며 유충의 발달을 일일이 매일 확인하는 것으로, 최적의 배양 성분의 조합 선정이 필요했다. 한번 채집시 야생에서 약 150마리의 흡혈 암컷 성충 포획되기도 하는데, 한마리당 약 100 마리 이상의 알을 낳아 부화하기 때문에 부화된 유충이 많을 때는, 한번에, 15,000마리의 알을 동시 실험에 사용하여 여러 실험 조건을 만들어야 한다.
실험시 오염이 심할 경우 유충이 죽기 때문에 신선한 배양 배지를 제조해야 하는데 이때 매번 약 20 리터 이상의 기본 배양배지를 만들어 먹이를 교체하고, 매일 수십가지의 배양조건을 유충의 크기와 생존으로 확인하는 작업은, 여름 3개월 동안 새벽 2~3시가 되어야 마무리가 되곤 했을 정도로 부담이 되는 연구였다.
이를 묵묵히 성실하게 수행한 연구진들이 있어 2011년 이후 멈춰 있는 한국 야생 말라리아 모기 사육이 실험실에서도 가능하도록 구축할 수 있었다.
현재 본 연구진과 공동 연구를 수행 중인 전세계적으로 가장 말라리아 간 감염단계를 고도화시킨 태국 마히돌 대학 연구진의 전문적인 말라리아 모기 사육 건물 (건물 한층이 모두 말라리아 모기와 간 감염단계 연구실들로 구성되어 있음)처럼 한국에서도 전문적인 말라리아 모기와 말라리아 간 감염을 제어하는 전문 연구력을 강화가 불가피하다고 판단된다.
본 연구진이 이 소규모 모기 사육실로 본 연구를 2년 전 처음 시작할 때 태국 마히돌 대학팀은 본 연구진의 모기 사육실이 전세계적으로 가장 작은 규모라서, 말라리아 모기 사육이 실패할 것으로 예상했으나, 본 연구진은 굴하지 않고, 결국, 1년 만에, 세상에서 가장 말라리아 모기 실험실에서 한국 말라리아 모기의 실험실적 배양법 개발을 한발 전진했고 살충제 내성력을 분석하는 연구 기반을 구축했다.
□ 이전 연구와 차별화 포인트
말라리아 모기 유충 자생지가 2007년 이후 부재한 상황에서, 본 연구는 국내 최신 말라리아 유충 자생지의 특성이 바뀐 것을 제안했다.
최신 말라리아 모기 배양법을 성공했고 이를 기반으로, 국내에 시도되지 않고 있는 살충제 내성력 실험실적 측정법을 구축하였다.