과학

꿀벌의 면역을 증강시킬 수 있을까? (수정 끗)

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이전 글에서 시중에 나와있는 다양한 면역증강제가 실제로 꿀벌의 면역을 증강시킬 수 있을지 궁금해하며 글을 끝냈었습니다.

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저도 여기에 의문을 갖고 크게 2가지 질문을 던졌습니다.

면역 증강제는 정말로 꿀벌의 면역을 자극할 수 있을까? 였고,

면역 증강제는 꿀벌의 어떤 면역 체계를 자극할까?  였습니다.

두 번째 질문은 다시 세부적으로...

내재적 면역시스템을 자극한다면 그건 체액성 면역일까 아니면 세포성 면역일까?

그것도 아니라면 꿀벌만의 특별한 면역체계일까? 였습니다.


사람의 면역체계는 고등학교 생물시간에 아주 살짝 배우실텐데요 곤충의 면역체계는 좀 생소하실껍니다.

지금부터 설명하려는 내용은 석사이상급 내용이라 조금 어려우실 수 있는데 한번 보시는 것도 좋을거에요

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Host(기주, 숙주)와 Pathogen(병원체)의 역사는 생물의 기원까지 올라갑니다. 우리 사람도 그리고 곤충도 태어날때부터 죽을 때까지 쉬지않고 병원체와 싸우게 됩니다. 숙주가 병원체에 진다면 병에 걸리는 것이고 회복하지 못한다면 죽는 것입니다.


면역체계는 숙주를 지키는 최전방이자 최후전선입니다. 

숙주를 손상시키는 다양한 요인들을 제거하고 막는역할을 합니다.

따라서 면역체계의 핵심은 이게 자신(self)인지 자신이 아닌 것(non self)인지를 구분하는 매커니즘입니다.

숙주는 다양한 수용체를 통해 병원체를 인지하려고 진화해왔고 병원체는 반대로 숙주로부터 인식되지 않도록 진화해왔습니다.


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면역체계는 크게 두 가지로 분류됩니다.

선천면역체계와 후천면역체계가 바로 그것입니다.


선천면역체계는 미소생물부터 고등생물인 사람까지 모두 가지고 있는 진화적으로 보존된 체계이나

후천면역체계는 척추동물만 가지고있고 무척추동물은 가지고 있지 않습니다.


의 주기가 짧은 곤충에게는 면역을 획득하는데 오래걸리는 후천면역체계는 오히려 불필요했기 때문에

즉각적으로 반응이 가능한 선천면역체계를 잘 발달시켜왔습니다.



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앞에서 Self인지 Non-self인지 구분하는 매커니즘이 면역체계의 핵심이라고 말했습니다.

척추동물은 후천면역과 선천면역이 동시에 작용하기 때문에 어떤게 선천면역인지 

그리고 어떤게 후천면역인지 구분하는게 어려웠었습니다.


그러나 곤충의 경우 선천면역시스템만 가지고 있기 때문에 쥴스호프만 같은 과학자들은 초파리와 같은

곤충을 이용하여 다양한 면역 실험을 수행했고 그 결과 선천면역체계가 무엇인지 밝혀낼 수가 있었습니다.


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위의 그림은 초파리에게 병원균이 침입했을 때, 초파리가 어떻게 병원균을 제거하는지 요약한 그림입니다.

병원체가 체내로 침입하게되면 면역체계는 이게 어떤 병원체인지? 곰팡이인지 세균인지 구분을하게됩니다.

이후 적절한 면역경로가 자극을 받아 활성화됩니다.


한 가지 경로는 세포성 면역체계입니다. 혈액 중의 혈구세포(hemocytes)가 작용하는 면역체계입니다.

병원체가 체내의 혈액에서 발견되면 혈구세포가 달려들어 병원균을 감싸게되는 것을 Coagulation이라고합니다. 

Phagocytosis의 경우 혈구세포가 병원균을 먹어서 없애는 식세포작용을 의미합니다.

이후 hemocyte는 그대로 굳어버리거나 병원균에 심하게 감염되었을 경우

pro-phenol oxidase를 활성화시키는 면역경로를 촉발시켜서 

곤충의 일부조직 또는 전체와 함께 산화해버리는 melanizaition(흑화) 과정을 통해 

체내로 침입한 병원균을 죽이게 됩니다.


다음으로는 체액성 면역체계입니다. 세포성 면역이 혈구세포를 기반으로한 일종의 육탄전 개념이라면 

체액성 면역은 항균활성펩타이드를 이용한 포격전이라고 생각하시면 조금 쉬울까요?


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항균펩타이드는 10~30개 아미노산이 이어져 있는 아주 짧은 단백질입니다. 

길이가 짧다보니 변이가 적어서 산,열,기계적 마찰 등에 강합니다.

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많은 수의 항균펩타이드는 cationic(양이온)이어서 negative chage(음전하)를 띄고 있는 

병원균의 lipid membrane에 잘 결합하게됩니다. 결합 후 병원체의 외부막을 찌그러트리거나 구멍을 뚫거나

또는 핵내로 들어가서 DNA 복제를 막는등 다양한 방식으로 병원균을 죽이게 됩니다.

*)참고로 원리상 항생제와는 기작이 달라서 항균펩타이드를 이용하여 슈퍼박테리아 치료제를 개발하려는 연구가 최근 많이 수행되고 있습니다.


곤충마다 가지고 있는  항균펩타이드의 종류는 천차만별입니다. 그리고 항균펩타이드마다 효과적으로 작용하는 병원체의 종류도 다릅니다. 또한 항균펩타이드를 만드는데 에너지와 자원이 굉장히 많이 소모되기 때문에

곤충은 적절한 타이밍에, 적절한 종류의, 적절한 양만큼 항균펩타이드를 만들 수 있도록 진화해왔습니다.




응용생물학실습슬라이드13 (11).JPG


면역체계는 이게 그람음성세균인지 그람양성세균인지 곰팡이인지를 어떻게 구분할까요?

비밀은 병원체의 특별한 분자적패턴에 있습니다. PAMPs(Pathogen associated molecular patterns)라고 불리는 이러한 분자적 패턴은 병원체 고유의 구조를 형성하기 위한 물질들입니다. 그러다보니 숙주에서는 발견되지 않는 물질이라고 할 수 있겠습니다.


세균에서는 펩티도글리칸, 리포프로틴, 리포폴리사카라이드 등이 있겠고

곰팡이에선 만노스, 베타글루칸, 키틴 등이 존재합니다.


숙주의 면역체계는 이러한 분자와 결합하여 신호를 만들 수 있는 수용체를 가지고 있습니다.


응용생물학실습슬라이드13 (13).JPG


위 그림은 곤충의 체액성면역체계를 간단히 정리한 그림입니다. 보아하니 초파리를 베이스로 그린 것 같습니다.

GNBP3, Proteaes, Toll 등은 모두 숙주가 가지고 있는 면역에 관련된 유전자(단백질)입니다.


곰팡이가 만들어내는 특정한 PAMPs를 숙주의 PGRP-1, GNBP3, Persephone 같은 수용체가 인식하고

그람양성균이 만들어내는 PAMPs(Lysine type 펩티도글리칸)를 GNBP1, PGRP-SD, PGRP-LCx,  PGRP-SA 등이 인식하며

그람음성균이 만들어내는 PAMPs(DAP type 펩티도글리칸)은 PGRP-LCx, PGRP-LE 등이 인식하는 것으로 보입니다.


각각의 수용체는 다시 자신들이 속해있는 면역경로인 Toll pathway, IMD pathway, JAK-STAT pathway, JNK pathway를 활성화시키고 세포막 내부의 좀 더 복잡한 신호전달 경로를 따라서


외부에서 병원균이 침입했다는 정보를 세포 안쪽 핵으로 전달하게됩니다.

이 과정에서 다양한 음성피드백이 작용하여 특정 숫자의 병원체가 들어온게 아니면 인내하고

특정 숫자 이상의 병원체가 들어오면 전력으로 싸울 수 있도록 신호의 세기를 조절하게 됩니다.


복잡한가요? 좀 더 쉽게 설명하자면

병원체를 북한군이라고 생각하고 남한이 숙주라고 생각해보겠습니다.

GNBP, PGRP 같은 수용체는 군사분계선에 있는 최전방 보초병들 입니다.

거수자를 보초병들은 이를 눈으로, 소리로 보고 듣는 방식으로 거수자의 존재를 알게됩니다.

그리고 지휘통제실 또는 비상버튼 등을 눌러서 침입정보를 지휘통제실로 보내게 됩니다.


지휘통제실에선  곧바로 전국경보를 알리거나 예비군을 집합시키지 않고 다시한번 확인하거나 하는 방식으로

일반 거수자인지 북한군인지 동물인지 착각인지를 확인하게됩니다.


북한군이라면 상급부대에 지시를 내리고 상급부대는 다시한번 전략자원을 활용하여 

진짜 북한군인지 북한군이라면 어느 규모인지 확인하게 될 것입니다.


한 두명 또는 탈북민이면 관용하고 포용하게 될 것이고 만일 총을 든 군대라면 전국에 경보를 알리고

전면전을 준비하고 후방의 예비군을 소집하게 될 것입니다.


만일 이러한 조절단계가 없으면 툭하면 예비군이 소집될 것이고 남한의 경제도 개판이 나겠죠?


곤충의 면역체계에서 세포성 면역은 전방부대급에 속하는 면역자원이라 비유할 수 있겠고

항균펩타이드 같은 체액성 면역은 예비군 자원이라고 생각하면 쉽습니다.


체액성 면역은 기존에는 거의 나오지 않다가 병원균이 침입하면 1000배~수 만배 이상 생성이 유도되는 

강력한 면역반응이기 때문에 자주 활성화되면 오히려 숙주의 생리적 균형을 파괴시킬 수도 있습니다.


이를 요약하자면 아래와 같습니다. PRRs(Pathogen recognition receptors)는 병원체를 인식하는 수용체입니다.응용생물학실습슬라이드13 (16).JPG항항균펩타이드가 만들어진다라고 말했는데요... 위에도 언급했듯이 PAMPs 같은 면역자극물질이 없는 상황에선 항균펩타이드는 만들어지지 않습니다.

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평상시에 만들어지지 않고 환경적인 변화, 자극에 반응하는 유전자를 Inducible gene, 유도가능한 유전자라고 합니다. 대다수의 면역유전자가 여기에 포함됩니다.

응용생물학실습슬라이드13 (18).JPG


위의 그림은 항균펩타이드의 종류들입니다. 

실제로는 수 천개가 알려져있지만 다 적기는 힘드니까 이정도만 정리해보겠습니다.


항균펩타이드의 대다수는 inducible gene입니다. 특정곤충에서 특정 항균펩타이드는 유도되지 않고 항상 발현하는 유전자도 있긴한데 그런경우는 좀 특수한 경우입니다.


마지막으로 정리하겠습니다.

면역력이 강한 곤충, 면역력이 높고 튼튼한 곤충은 어떻게 정의할 수 있을까요?


학계에서는 병원균이 침입했을 때 즉각적으로 세포성 면역이 작동하여 병원균을 빠르게 제거시키고

숙주의 생리적 균형을 파괴하지 않는 수준에서 적당한 수준의 항균펩타이드가 병원균이 쉽게 침입하지 못할 정도의 수준으로 지속적으로 만들어지는 상태를 면역력이 높고 건강한 상태로가 정의하고 있습니다.


이전 게시글에서 그리고 이 글의 서두에서 면역강화제가 실제로 꿀벌의 면역을 강화시킬 수 있는지

궁금하다고 하였습니다.


검증은 어렵지 않습니다. 면역강화제를 꿀벌에게 먹이고 실제로 항균펩타이드 같은 면역관련 유전자가

먹이지 않은 꿀벌에 비해서 더 많이 발현되는지만 확인해보면 검증이 될 것입니다.


다음 게시글에선 분자생물학 방법인 RNA 정량과 그 방법을 이용해서 실험했던 내용을 올려보도록 하겠습니다.



다음 시간에 다시만나요 ㅅ_ㅅ!




45개의 댓글

아 오늘 하루종일 글쓸각이네 월급냠냠
2018.04.13
외자꾸쓰다말어
아니 왜 딱 집중할려하는데 글이 끊겨욧ㅜㅜ
2018.04.13
야 뭔데 아니 진짜 무슨 니가 지옥절단기냐??
@쟈가
교수님이 불러서 중간에 끊을 수 밖에 없는 날 이해해죠...
2018.04.13
벌한테 쏘인적잇음?
이녀석 글 볼때마다 쓸데없이 끊어대고 설명도 난잡함
시골에서 토종꿀 치고있어서 벌이야기 나올때마다 클릭하는데 이녀석 글은 걸러야 할듯
@전설의호두껍질
교수님이 불러서 쓰다가 끊을 수 밖에 없는 나를 이해해죠....
2018.04.14
@전설의호두껍질
본인 지식이 부족한걸 난잡하다고 치부하는거 봐... 물론 아무리 벌쟁이라도 벌 면역체계까지 학술적으로 공부할리 없으니 이해함.
2018.04.23
@전설의호두껍질
글쎄... 현장직과 책상물림의 차이가 아닐까 ?

현장직이 봤을때 학계에서 하는 짓들이 뻘짓으로 보이는 경우가 많다고 하긴하니까....
2018.04.13
꿀벌 조빳색기 짜피 한방짜리들이 면연력 키워러 머하게?
2018.04.13
@장수말벌
너무죽어서 인류가 꿀을 못빨지몰라
2018.04.13
@주사랑예수
니꺼 빨면되지!
2018.04.14
@지존보
허미..
2018.04.14
@장수말벌
말벌개객기..
2018.04.13
계속 쓰려고 임시저장처럼 해놓은거 같은데
2018.04.13
선천면역체계는~ 잌
@피즐뱅
밥먹고 사업계획서 쓴다음 다시 쭉 쓸거야 흙흙
아 임시저장하면 되구나
2018.04.13
추천도 반만줄게
제밌게 보고 이는데 자꾸 이럭계 끊으면 내 친구들 대려갈개
@말벌사랑동호회
내가 좀 더 똑똑했다면 이렇게 주저리주저리 안할텐데 ㅜㅜㅜㅜㅜㅜㅜㅜ
@말벌사랑동호회
1대100 할꺼?
꿀벌에서 시작해서 면역학 검증실험으로 파고들어가네 ㅗㅜㅑ
재밌는글인데스. 추천을 하사해주는데스.
2018.04.13
선천면역 후천면역을 좀더 간단하게 설명해주면 안됨? 차이는 대략 알겠는데 좀 애매하다.
2018.04.14
@그냥해본거임
체액성면역 (병원균에 위협적인 물질이나 보체나 항체들을 생산해서 막음) 세포성면역(감염된 자기세포의 사멸, 대식세포, 호중성구의 식균, NK cell)
선천면역 진화과정중 세균특이적인 방어물질의 이용(리소자임, 피부, 대식세포의 지질다당류(그람음성균 특이)인식 식균) 등등
후천면역 바이러스 감염시 MHC1에 제시되는 비 자기항원에 대한 인식으로 바이러스 감염세포를 Tc가 사멸시킴, 세균 특이적인 펩티드나 다당 항원에 대해 MHC2로 식균작용을 통해 제시받아 B세포가 항체생산 1차 면역 IgM, 2차면역 IgG이 주로 작용
후천면역의 경우 림프절 분화과정에서 발달하였으므로 혈관과 분화된 림프절이 없는 동물은 갖고있지않음(척추동물만 가짐)
보통 체액/세포 후천/선천이 비슷한데 체액이 선천인것도있고 세포가 후천인것도 있음 (관계없다는 얘기)
@그냥해본거임
선천면역은 어떤 바이러스, 어떤 세균, 어떤 곰팡이건간에 전부다 방어할 수 있는 면역체계로 선천면역이 강한사람은 병에 잘안걸리지. 후천면역은 주로 바이러스에 작용하는데 바이러스의 경우 선천면역을 회피할 수 있도록 변이 된게 많거든 후천면역이 이때 작용해서 한번 노출 됬던 바이러스를 항원기억세포(혈관에 떠다니는 면역세포)가 바이러스의 형태를 기억해서 (범죄자 얼굴사진을 들고다니듯이) 나중에 또 들어오면 존나 먼지나게 존나 패는게 후천면역. 근데 븅신이라 얼굴 좀만 바뀌면 뉘신지.. 하는게 후천면역이야.
2018.04.13
바쁜 벌꿀 겁나 좋아하나봐
2018.04.13
설명잘함 내용알참
2018.04.14
추가로 설명하면 좋을거같아서 몇자 더 추가함
toll 유사 수용체- 우리몸의 대식세포의 세균인식수용체와 비슷한 역할을 함 외부 세균을 인식하고 잡아먹는데 기여함

후천면역의 경우 림프절 분화과정에서 발달하였으므로 혈관과 분화된 림프절이 없는 동물은 갖고있지않음(척추동물만 가짐) - 이거는 상식

세포신호전달그림은 ㅋㅋㅋㅋ그냥 안넣는게 좋았을듯 인간꺼는 보면 아는데 저건 다 첨보는거네
@만년설포터
아 그게 가장 큰 특징이지 사람 Toll은 병원체를 직접 인식하는데 곤충은 다른 GNBP, PGRP 같은 Pathogen recognition receptor가 PAMPs를 인식하고 protease cascade를 활성화시켜서 MSP, SAE, SPE 순으로 활성화가 일어나서 마지막에 SPE(spatzle processing enzyme)이 Pro spatzle을 Spatzle로 가공시킨 이후에 spatzle이 Toll에 결합해서 Toll signaling을 활성화시켜. 왜 이렇게 복잡하냐면 곤충은 선천면역만 있기 때문에 타이트한 조절이 생존의 핵심인데 많은 신호전달 단계단계마다 negative feedback이 들어가서 병원균이 사라지면 바로 차단시키려는게 이유고 두 번째 이유는 병원균이 들어오면 잔뜩 만들어둔 pro spatzle을 한방에 가공시켜서 면역반응을 폭발적으로 일으키려는게 두 번째 이유임
2018.04.14
혹시 벌 연구하는 실험실에 있냐 경기대에 벌 오타쿠 교수님이 있다고 들었는데
@세줄요약
윤병수 교수님 연구팀은 꿀벌 질병진단을 매우 전문적으로 하고있지 이동식 꿀벌질병진단센터 버스도 직접 운전하시는걸로 알아염 난 벌 연구는 아니고 곤충면역연구실
2018.04.15
형! 혹시 꿀벌과 식물과의 미생물학적 관계 같은 내용의 논문을 추천해 줄 수 있어???
@iKON
그런 논문이 있어? 화분매개체와 식물과의 상호작용 언젠가 연구하려고했는데 ㅎㅎㅎ
2018.04.15
@꿀벌사랑동호회
이미 곤충을 매개체로한 식물 전염성 미생물 또는 바이러스에 대한 연구는 90년대부터 활성화 되 있어!!!
@iKON
아 그건 교과서에도 많이 나오긴했징 나는 특정 수종이 모여있는 장소에 서식하는 꿀벌의 장내미생물 다양성과 질병저항성 같은거 연구해보고싶당 근데 돈이 있어야할텐데 ㅜㅜ
2018.04.15
@꿀벌사랑동호회
개인 연구하는거야??? 미쳓다 ㄷㄷㄷㄷㄷㄷ
2018.04.15
어려워서 안읽었는데 그래서 우리 커엽고 이로운 꿀벌찡들 괴사를 면할수 있단거야 없단거야
2018.04.19
내가 뭘 읽었더라?
2018.04.23
존내 잘쓴글이라고 생각하는데... 석사과정이신가? 박사과정이신가?

논문 쓰신거 발췌하신겁니까? 논지 전개흐름이 본받고 싶네
2018.04.23
@쿠왕크왕ㅋㅋ
1. 꿀벌 뒤짐 ㅜㅜ

2. 왜죽냐 ? -> 이래저래해서 죽는데 결국 원인은 하나 면역

3. 현재 양봉에서는 꿀벌의 영양보충(면역능력 항진)이 핵심기술

4. 면역체계란?

5. 일반적인 곤충의 면역체계 = 바쁜 벌꿀의 면역체계

6. 그래서 현재 양봉농가가 행하는 영양보충이 실제로 얼마나 효과가 있냐? 증명

7. 분석해 봤더니 이정도 영향있더라? 의미 없더라 (아직 글쓴이가 글안쓴부분 내 뇌피셜)

이상 꿀벌의 현 사양기술이 미치는 꿀벌의 분자생물학적 선천면역체계 항진력 평가분석 논문한편
@쿠왕크왕ㅋㅋ
아.. 이번 주엔 나머지 써야징
2018.04.23
@꿀벌사랑동호회
빨리 써러 이기야

아침 댓바람부터 개드립 들락날락하지말고
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