eDNA
1. 개요
Environmental DNA; eDNA[1]
수중, 대기, 토양 등 환경에서 추출하는 DNA.
2. 원리
DNA는 생물의 유전학적 정보를 담은 물질이지만 생물이 환경에서 생활하는 만큼 환경 속에서도 생물의 DNA를 발견할 수 있다. 생물은 대사 과정에서 땀을 흘리고 각질이나 털을 떨어뜨리고 배설을 하므로 실제로 생물을 포획해 세포를 채집하지 않더라도 그 생물이 생활했던 환경적 요소에서 DNA를 추출할 수 있는 것이다.
환경에서 유용한 생물적 시료를 모아서 중합 효소 연쇄 반응으로 증폭시키고 염기서열을 분석하면 그 환경에서 생활하는 생물의 여러가지 정보를 얻을 수 있다. 생물학적 분류는 물론이고 외래종의 침입, 병원균의 여부, 생활사 등을 역추적할 수도 있기 때문에 생물학, 생태학 분야에서 eDNA의 유용성은 점점 더 커지고 있다.
환경에 남겨진 생물의 흔적을 통해 여러가지 정보를 밝혀내는 개념이 과거에 없었던 것은 아니다. 생물의 분변이나 발자국, 풀이 무너진 정도를 보고 생물의 크기를 추정하거나 풀에 걸린 깃털이나 털을 보고 유추해내는 등 기존의 생태학적인 방법은 존재했으나 유전공학 기술의 발달로 이를 훨씬 더 정교하고 체계적으로 분석할 수 있게 되었다는 것이 eDNA의 큰 의의다.
3. 장단점
3.1. 장점
- 높은 민감도
PCR을 통한 eDNA 분석은 굉장히 민감하기 때문에 해당 환경에 있는 엄청난 수의 생물을 한꺼번에 분석할 수 있다. 아주 작은 미생물부터 거대한 포유류까지 DNA를 가지고 있는 생물이라면 모두 알아낼 수 있다. 이는 멸종 위기 동물 등 절대적 개체수가 적은 동물들 또한 추적하기 쉽다는 것을 의미한다.
- 저렴한 비용
전통적인 생물 모니터링은 상당한 시간과 인력을 필요로 한다. 실제로 그 생물이 거기 서식하는 지 알아내려면 카메라와 텐트를 가지고 밤낮으로 대기하거나 포획기구를 설치하거나 해야하는데 대부분의 방법이 매우 귀찮고 어려운 일이다. 반면 eDNA는 의심되는 포인트에 가서 채집만 해오면 되므로 비교적 그 과정이 간단하여 비용이 절감된다.
- 안전성
외부 생태 조사는 사람들이 생각하는 것보다 상당한 위험성을 내포하고 있는 연구작업인데, 기본적으로 아직 밝혀지지 않은 미지의 오지를 대상으로 하거나 위험한 저수지, 댐 같이 산업적으로 중요한 장소가 연구 대상이 되기 때문에 직접적인 조사를 하다가 사고를 당하거나 심지어 목숨을 잃는 경우도 왕왕 발생한다. 이에 비해 eDNA는 시료만 채취하면 되기 때문에 상대적으로 안전하다.
- 환경 개입 최소화
사람이 직접 환경에 개입해서 조사를 하는 방법은 여러가지로 환경적 위험성을 내포하고 있다. 직접적으로 그 생물을 잡아서 조사하는 방법은 물론 의도치않게 인체에서 유래한 해당 생물에게 치명적인 질병이나 바이러스를 퍼트릴 수도 있다. 직접적으로 해당 생물과 대면하지 않는 eDNA 조사는 이러한 위험성으로부터 안전한 편이다.
3.2. 단점
DNA 자체가 생물을 벗어나서 외부적 환경 요인에 노출되면 쉽게 파괴되는 성질이 있기 때문에 eDNA를 이용한 분석으로 정확한 결과를 얻으려면 여러가지 조건이 필요하다. 일단 해당 생물이 최근까지 해당 환경에 존재해야하며, 그 개체수가 eDNA를 분석하기에 충분할 정도로 규모가 커야한다. 이도 저도 아니라면 특수한 외부적 환경으로 eDNA가 남아있을 충분한 환경적인 요소가 있어야한다.
또한 위양성 반응이 존재하기 때문에 eDNA 조사 결과 해당 생물이 존재한다고 완전히 신뢰할 수 없다. 워낙 DNA를 이용한 유전구조 분석 방법의 민감도가 높다보니 발생하는 일로, 충분한 시료와 연구로 신뢰성을 높일 필요가 있다. 거기에 더해 환경적인 요소 때문에 검출되는 eDNA의 양이 늘거나 감소하기도 하므로 생물의 수나 규모 등을 추적하는데 어려울 수 있다.
4. 주요 연구 사례
- 특정 생물 유무 탐지
- 메타 바코딩
- 생물 다양성 조사
- 멸종 위기 생물 모니터링
- 생물 규모 측정
- 외래종의 탐지
- 생물 이주 패턴 추정
5. 관련 문서
[1] 환경 DNA라고도 부른다.