바실루스 투링기엔시스
1. 개요
바실루스 투링기엔시스는 간균과 간균속의 박테리아이다. 대표적인 그람 양성의 토양세균이며 생물학적 방제(Biological control)의 한 형태로 널리 쓰이고 있다. 줄여서 흔히 Bt 또는 Bt균이라고 불린다.
기주 스펙트럼은 꽤 넓은 편으로, 인시목, 쌍시목, 초시목에 각각 관련 아종이 있을 정도이다. 이외에 벌목과 곤충이 아닌 선충류도 기주 스펙트럼에 포함된다.
2. 결정 단백질
결정단백질은 투링기엔시스 한 마리당 1개에서 3개를 생성하여 가지고 있다.
내포자 방출 시 Cry 유전자로 수정 형태의 단백질로 둘러싸인 델타-엔도톡신( δ-endotoxin)[1]들을 같이 방출한다. 이 결정 단백질(Crystal protein)은 나비목, 파리목, 딱정벌레목, 벌목 등의 곤충에게 유효하지만 흙에서 서식하는 특성 덕분에 흙에 직접적으로 접촉하지 않는 곤충들에게는 효과가 없다.
결정형 단백질은 원래 용해가 안 되는 물질이다. 하지만 곤충의 몸 속에 들어가면 염기성을 띠는 소화 기관에서 변성돼서 용해가 가능하게 바뀌며, 용해된 결정 단백질은 곤충 몸 속의 단백질 가수 분해 요소가 분해하게 된다. 결정 단백질이 분해되면 내부에 있던 프로톡신이 방출된다. 방출된 독성 물질은 바로 활성화된다. 이후 곤충의 소화 기관의 외벽에 달려있는 수용기와 결합해 소화 작용을 마비시키고 내장벽에 구멍을 낸다. 결국 곤충은 음식 섭취를 중단하며 아사하게 된다.
이 내독소 단백질은 숙주특이성이 강하고 아미노산 유사성에 따라 구분된다. Crickmore 등이 1998년에 제안한 결정 단백질(Cry) 분류체계를 소개하면 다음과 같다. 예를 들어 Cry 1 A c 2 로 분류된 결정 단백질의 경우 맨 먼저 나오는 1과 같은 숫자는 아미노산 상동성이 45%이하를 나타낸다. 즉 Cry 1 과 Cry 2 는 아미노산이 상동성이 45% 이하로 많이 다르다는 것을 의미한다. 영어 대문자는 아미노산이 45~78%가 같을 때, 다음에 나오는 영어 소문자는 78~95%가 같을 때, 마지막의 숫자는 95% 이상 같을 때로 분류된다. 주로 Cry 1은 나비목에, Cry 2는 나비목과 파리목에, Cry 3는 딱정벌레목에, Cry 4는 파리목에, Cry 5는 선충에 살충효과가 있다고 잘 알려져 있다. 지금까지 700종 이상의 Cry 단백질이 알려져 있으며 Cry 1 ~ Cry 74까지 분류되어졌다고 한다. 따라서 Bt의 살충성 Cry 단백질을 이용하고자 할 때는 목적하는 해충에 대해 살충활성이 가장 좋은 단백질을 찾아 선택하는 것이 중요할 것이다.
3. Bt의 장단점
Bt는 숙주특이성이 강해 포유류를 비롯한 다른 생물에는 독성이 거의 없고 효과가 매우 좋고 빠르다 (6시간 이내)는 장점을 가지고 있다. 그러나 특정 해충에만 활성이 있기 때문에 한 종류의 Bt로는 방제범위가 좁다. 내성발달이 느린 편이긴 하지만 최근에는 야외에서 Bt에 저항성을 보이는 해충 (예, 배추좀나방 등)이 발생하고 있다는 보고가 있고 다른 해충에서도 Bt 저항성 해충 집단이 발달될 수 있다는 단점이 있다. 또한 원래 토양에서 살던 세균인지라, 토양 이외의 다른 곳에 살포하면 해당 곤충에게는 그리 타격이 없다.
그리고 Bt가 작용하는 곤충 중에 벌도 있다! 그래서 양봉 농가에서는 절대로 사용해선 안 된다.
4. 작물보호제
1920년도부터 살충제로 쓰이던 역사 깊은 세균이며, 위에서도 언급했듯이 화학적 살충제가 아니라 생물학적 작물보호제인 덕분에 내성 발달이 느리다는 장점이 있다. 인간에게 오는 해도 다른 화학물질에 비해 훨씬 적은 편이며, 다른 동물이나 익충에게 가는 해도 적거나 없어서 대중적인 친환경 살충제로 쓰이고 있다.[2] GMO중 에서는 Bt의 유전자를 삽입하여 만든 것들도 있으며, Bt옥수수 같은 경우에는 아프리카에서 널리 쓰이고 있다.
하지만 Bt유전자가 첨가된 GMO들은 해당 작물 가해 곤충 종류 이외에게도 해를 줄 수가 있다. Bt가 주로 공격하는 생물종(벌목, 나비목 등)에는 꽃의 수분을 도와주는 꿀벌과 호박벌들도 끼어있다. 그래서 2007년에 생긴 벌들의 떼죽음도 Bt유전자가 첨가된 식물들 때문이라는 보고가 있을 정도.
그리고 Bt가 들어있는 작물보호제 또한 내포자가 기주 속에서 살아남아 번식하는 것도 문제가 되는데, 생존해있으면 다른 곤충 종에게 해가 들어갈 것이기 때문이다. 그래서 최근에는 형질변환을 이용하여 Bt에 감염된 곤충 기주가 Bt의 포자들이 발아하기 전에 강력한 결정 단백질에 빠르게 치사해 번식 자체를 못하도록 유도하는 연구를 하였다.
시중에서 팔리는 경우에는 액체 형태로 팔리며, 버섯파리등 흙에서 서식하는 벌레들에게 특히 효과적이다. 충분한 영양분만 있으면 흙에서 계속 서식할수 있으며 덕분에 대규모 농업지거나 농작물들의 상태가 너무 심각하지 않은 이상 여러 번 뿌릴 필요가 없다.