매사추세츠의 봉쇄 조치 – 모기 연구가 당신이 생각하는 것보다 더 중요합니다

매사추세츠 주의 플리머스 마을은 공원과 들판을 폐쇄하면서 야간 봉쇄 상태에 들어갔습니다. 당국은 동시에 모기가 옮기는 희귀하지만 생명을 위협하는 질병인 동부 말뇌염(EEE)에 대응해 야외 야간 통금을 권고하고 있습니다.

몇 주 전, 매사추세츠 보건 당국은 2020년 이후 이 주에서 처음으로 인간에게 발생한 사례를 발표했습니다.

지난 주말, 플리머스는 말이 이 질병에 감염된 후 해질녘부터 새벽까지 공공 야외 레크리에이션 시설을 폐쇄한다고 선언했습니다. 당국이 다른 네 도시도 ‘위험 수준’에 있다고 경고함에 따라 다른 마을들도 9월 말까지 밤에 외출을 삼가도록 촉구하고 있습니다.

주 전역 주민들은 모기 퇴치제를 사용하고 고인 물을 배수할 것을 추가로 권고받고 있습니다. 이는 옥스퍼드에서 한 남성이 바이러스에 감염된 뒤, 그의 가족이 “사람이 살아남든 못든 끔찍한 신체적·정서적 결과”를 겪었다고 전한 바이며, 마을 관리자인 제니퍼 캘라핸이 말했습니다.

‘베이 스테이트’라 불리는 매사추세츠에서 바이러스 존재가 실제로 지난달 모기 샘플에서 확인되었습니다. 코네티컷과 로드아일랜드에서 채취한 모기 샘플 검사에서도 EEE 양성 반응이 나왔습니다. 한편, 올해 매사추세츠 외에도 뉴저지와 버몬트에서도 인간 EEE 사례가 보고되었습니다.

2019년 매사추세츠에서 발생한 발병은 확인된 12건 중 6명의 사망자를 초래했으며, 이후 추가 사례가 발생하면서 다음 해에도 계속되었습니다.

주 보건부는 매사추세츠에서 EEE 발병이 10~20년마다 발생하며, 지속 기간은 2~3년이라고 밝혔습니다.

EEE에 대한 치료제나 백신은 없습니다. 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 감염된 사람 중 약 30%가 사망하고, 생존자들은 종종 영구적인 장애를 겪습니다.

이 바이러스는 두통, 발열, 구토, 설사, 졸음, 발작 및 행동 변화를 일으킬 수 있습니다. 그러나 대부분의 감염자는 증상이 나타나지 않습니다. 또한 모든 연령대가 EEE에 감염될 수 있지만, 15세 이하와 50세 이상이 가장 큰 위험에 처해 있습니다.

CDC에 따르면 미국에서는 매년 동부 또는 걸프 코스트 주를 중심으로 EEE 사례가 몇 건만 보고됩니다.

이 질병은 실제로 조류에서 흔히 발견되며, 인간도 감염될 수 있지만 전파하지는 않습니다. 이 치명적인 바이러스는 보통 감염된 모기에 물려 인간에게 전파됩니다.

이번이 모기가 문제를 일으키는 첫 번째 사례는 아닙니다. 실제로 모기는 지구 인구의 절반 사망에 책임이 있다고 20만 년 넘게 알려져 왔습니다.

우리가 이전 기사에서 보도했듯이, 현재 지구에 1억 년 이상 존재해 온 모기는 2019년에 무려 100조 마리라는 거대한 개체 수에 도달했습니다. 이 수치는 앞으로도 증가할 것으로 보입니다 도시화와 부적절한 모기 방제 노력 때문입니다. 기후 변화도 따뜻하고 습한 날씨에서 번성하는 모기의 성장에 기여하고 있습니다.

그들의 방대한 개체 수와 치명적인 질병 전파 역할을 고려할 때, 모기의 작동 방식을 더 깊이 이해하고 이러한 질병을 예방할 효과적인 방법을 모색하는 것이 중요합니다. 바로 이것이 최신 연구가 목표로 하는 바입니다.

모기가 인간을 추적하는 방법: 적외선 감지의 역할

모기에 의해 전파되는 질병은 매년 수억 명에게 영향을 미치며, 특히 이집트숲모기(Aedes aegypti)가 황열, 치쿤구니아, 지카 바이러스를 일으키는 주요 매개체입니다. 또한 이 모기는 매년 1억 건이 넘는 뎅기열 사례의 원인이 되기도 합니다.

Anopheles gambiae는 말라리아를 일으키는 기생충을 전파하는 또 다른 모기 종입니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 이 치명적인 질병은 매년 40만 명 이상의 사망자를 초래하며, 치료 연구는 노벨상을 수상하기도 했습니다.

이러한 수치 때문에 모기는 ‘우리의 가장 치명적인 포식자’라는 별명을 얻었지만, 어떻게 그렇게 할 수 있을까요? 한 세기 이상 동안 과학자들은 모기가 숙주를 찾는 방식을 연구해 왔으며, 이 곤충들은 다양한 거리에서 다양한 감각을 활용해 정보를 수집한다는 것이 밝혀졌습니다.

현재 캘리포니아 대학교 산타바버라(UC Santa Barbara) 연구진은 모기가 숙주를 찾는 데 도움이 되는 중요한 단서를 발견했으며, 그 위치와 생화학적 작용 방식을 밝혀냈습니다.

이 단서는 적외선 감지입니다. 이는 야간 투시 카메라, 우주 임무, 그리고 스펙트럼 분석, 화염 센서, 가스 분석기의 핵심 구성 요소와 동일한 기능입니다.

모기는 원래 숙주를 찾는 능력을 가지고 태어납니다. 암컷 모기가 알 발달을 위해 피가 필요하다는 사실은 이미 알려져 있으며, 피부 냄새, 시각, 호흡에서 나오는 이산화탄소 등 여러 단서를 통합합니다. 이러한 단서는 서로 다른 거리에서 감지됩니다.

최신 연구인 Nature에 발표된 연구에 따르면, Aedes aegypti가 인간을 찾는 데 사용하는 감각 무기에 또 다른 단서가 존재함이 밝혀졌습니다. 연구에 따르면, 이 종은 목표에서 방출되는 적외선(IR) 복사를 감지하고, 이를 다른 단서와 결합해 중거리에서 매우 효율적인 탐색을 수행합니다. 연구는 다음과 같이 언급했습니다:

“열 적외선 복사가 뛰어난 중거리 방향 단서라는 사실을 깨달음으로써, 모기가 숙주를 찾는 데 얼마나 정교하게 효과적인지에 대한 우리의 이해가 확대되었습니다.”

연구진은 약 3,500종의 모기 중에서 인간 숙주를 찾는 데 ‘특히 뛰어난’ Aedes aegypti를 선택했으며, 공동 1저자인 닉콜라스 드보베인(Nicolas DeBeaubien) 박사는 이 연구가 모기가 어떻게 이러한 능력을 달성하는지 설명한다고 밝혔습니다.

이 침입성 모기 종은 플라비바이러스를 전파하는데, 이는 출혈열 및 뇌염과 같은 생명을 위협하는 증상을 일으키는 RNA 바이러스로 전 세계 인구의 상당 부분에 영향을 미칩니다.

단일 자극에만 의존하는 대신, 이 모기 종은 여러 단서를 통합해 인간을 찾고 그 방향으로 이동합니다.

하나의 단서만 사용할 경우 다른 자극에 대한 반응성이 증가합니다. 예를 들어, 배출된 이산화탄소를 감지하면 이동 활동이 촉진되어 시각 단서에 대한 반응성이 높아집니다. 그러나 각 단서마다 제한점도 존재합니다.

Aedes aegypti는 시각 acuity가 낮아 숙주를 구별하는 데 제한적입니다. 후각 단서는 바람이나 인간 숙주의 빠른 움직임에 의해 효율이 제한됩니다.

따라서 연구진은 더 신뢰할 수 있는 방향 단서를 찾기 위해 적외선 복사를 조사했습니다. 모기가 피부 표면에 가까이, 약 10cm 이내에 있을 때 상승하는 열을 감지하고 온도를 인식합니다.

다른 동물인 구렁이 뱀과 흡혈박쥐가 따뜻한 먹이를 감지할 수 있는 열 적외선을 감지한다는 점을 고려하면, Aedes aegypti도 같은 능력을 가졌는지 살펴보는 것이 타당했습니다.

이를 테스트하기 위해, 암컷 모기를 두 구역이 있는 우리에 넣었습니다. 두 구역 모두 인간 호흡과 같은 농도의 이산화탄소와 인간 냄새에 노출되었지만, 한 구역은 피부 온도와 동일한 온도의 적외선에도 노출되었습니다. 연구진은 모기가 정맥을 찾듯이 탐색을 시작한 모기의 수를 기록했습니다.

34℃ 열원에서 방출되는 열 적외선을 추가하면 곤충의 숙주 탐색 활동이 두 배로 증가했으며, 이는 약 2.5피트(약 76cm)까지 효과를 유지했습니다.

“이 연구에서 가장 놀라웠던 점은 적외선이 얼마나 강력한 단서가 되었는지였습니다. 모든 매개변수를 정확히 맞추자 결과는 부인할 수 없을 정도로 명확했습니다.”

– DeBeaubien

과거 연구에서는 열 적외선이 모기의 행동에 영향을 미친다는 것을 발견하지 못했는데, 이는 방법론 때문일 수 있다고 수석 저자인 크레이그 몬텔(Craig Montell) 박사는 말합니다. 과학자들은 적외선 신호만을 제시해 열 적외선 효과를 분리하려 할 수 있습니다.

이는 단일 단서만으로는 곤충의 숙주 탐색 활동을 자극하지 못하고, 다른 단서와 결합될 때만 효과가 나타난다는 뜻입니다라고 몬텔 박사는 말했습니다. 그는 NSF 대통령 청년 연구자 상과 Duggan 및 Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology 수상자이기도 합니다.

열 적외선 복사는 가시광선과 달리, 동물의 눈에 있는 로돕신 단백질을 활성화하기에 에너지가 너무 낮아 모기가 이를 감지할 수 없습니다.

그렇다면 어떻게 작동할까요? 여기서 모기의 더듬이가 중요한 역할을 합니다. 더듬이 끝에는 열 감지 뉴런이 존재하는데, 연구팀이 이 끝부분을 제거하자 모기의 적외선 감지 능력이 사라졌습니다.

TRPA1이라는 온도 감지 단백질이 더듬이 끝에 존재한다는 것이 별도 연구실에서 밝혀졌습니다. UCSB 팀은 기능성 trpA1 유전자가 없는 경우 적외선을 감지하지 못한다는 것을 관찰했습니다.

따라서 모기는 TRPA1을 이용해 적외선을 감지합니다. 하지만 이것이 전부는 아닙니다. 온도 상승에 민감한 몇몇 로돕신도 TRPA1과 같은 더듬이 뉴런에 발현되어, 장거리에서 적외선 감지를 가능하게 합니다.

연구팀은 TRPA1을 제거했을 때 모기의 적외선 민감도가 사라졌음을 입증했습니다. 그러나 로돕신에 문제가 있는 곤충에서는 완전히 민감도가 사라지지는 않았지만, 감도가 크게 약화되었습니다.

연구 결과에 따르면, 강한 열 적외선은 TRPA1을 직접 활성화하고, 낮은 수준의 열 적외선은 로돕신(Op1 및 Op2)을 활성화해 간접적으로 TRPA1을 유도합니다. 우리의 피부 온도는 일정하기 때문에 TRPA1의 민감도가 강화되어 모기의 적외선 감지 범위가 약 2.5피트까지 확장됩니다.

이 발견을 통해 연구진은 이 매력을 방해하고 보다 효과적인 미끼를 설계할 전략을 개발할 가능성을 높이고자 합니다. 드보베인에 따르면:

“그들의 작은 크기에도 불구하고, 모기는 다른 어떤 동물보다도 더 많은 인간 사망을 초래합니다. 우리의 연구는 모기가 인간을 표적으로 삼는 방식을 이해하는 데 기여하며, 모기 매개 질병 전파를 통제할 새로운 가능성을 제시합니다.”

모기 방제에 대한 혁신적 접근법: 미래가 기대되는 이유

약 1년 전, Johns Hopkins 말라리아 연구소 연구진이 발표한 또 다른 논문이 Aedes aegypti의 생물학을 연구했습니다. 그들은 치쿤구니아, 뎅기열, 황열, 마야로, 지카 바이러스에 감염될 때 Aedes aegypti의 면역 반응 주요 요인을 상세히 밝혀, 치명적인 바이러스의 인간-모기 전파를 감소시킬 새로운 방법을 모색하고자 했습니다.

이 모기 종은 바이러스에 감염되어도 사망하지 않으며, 정상적인 먹이 활동을 지속해 바이러스를 우리에게 전달합니다. 이러한 모기가 바이러스에 감염된 상태에서도 건강을 유지할 수 있게 하는 것은 Argonaute 2 단백질입니다.

모기에서 이 단백질은 작은 간섭 RNA(siRNA) 경로의 핵심 항바이러스 메커니즘의 일부로 작용하며, 바이러스 RNA를 인식하고 파괴합니다.

Ago2 유전자가 결핍된 Ae. aegypti는 siRNA 경로가 손상되어 바이러스 감염이 더욱 심각해집니다. 그 결과, 모기의 바이러스 전파 능력은 급격히 감소하고, 감염 후 며칠 내에 사망합니다.

siRNA 항바이러스 경로가 손상될 뿐만 아니라, Ago2에 의존하는 두 가지 다른 과정인 DNA 복구와 자가포식도 결함이 발생합니다. Ago2 결핍 모기가 바이러스에 노출되면 광범위한 DNA 손상, 과다 감염, 그리고 죽어가는 세포에서 분자 폐기물이 축적됩니다.

이 발견은 모기를 바이러스에 덜 내성 있게 만들고 감염에 더 취약하게 하여 질병 전파 능력을 손상시킬 수 있는 길을 열어줍니다.

팀은 현재 Ae. aegypti를 유전적으로 조작해 말라리아 감염에 취약해지고 사망하도록 하는 새로운 질병 통제 전략을 시험하고 있습니다.

이러한 연구는 혈액 응고 문제 해결과 같은 다른 연구에도 도움이 될 수 있습니다. 이전에 보도했듯이, 연구진은 모기에서 발견된 물질을 모방한 합성 분자를 실제로 만들었습니다. 이는 그들의 생물학에 대한 깊은 이해가 있을 때만 가능한 일입니다.

지난 달 발표된 또 다른 흥미롭고 통찰력 있는 연구는 모기가 인간 피를 갈구하는 이유를 조사했습니다. 정확히 어떤 메커니즘이 작용할까요? 조지아 대학교(University of Georgia, Athens)의 곤충학자 마이클 스트랜드(Michael Strand)는 두 가지 호르몬이 함께 작용해 이러한 피에 대한 갈망을 활성화하거나 억제한다는 것을 발견했습니다.

암컷은 알 발달을 위해 피를 섭취하며, 충분히 먹고 나면 알을 낳을 때까지 식욕을 잃습니다.

연구 중 스트랜드는 숙주를 찾을 때 F(NPF)라는 모기 장 호르몬 수치가 급증하고, 식사를 마친 후 급격히 감소한다는 것을 확인했습니다.

스트랜드는 장 호르몬을 생산하는 장내분비세포를 추가 분석했으며, NPF 수치는 모기가 피를 먹기 전 급증하고 6시간 후 감소한다는 것을 발견했습니다. NPF 수치는 모기의 인간에 대한 관심을 결정하며, 알을 낳은 후에는 인간 피에 관심이 없지만, 알을 낳은 뒤 다시 피를 찾습니다.

또 다른 장 호르몬인 RYamide도 모기의 피에 대한 갈망에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. NPF 수치가 떨어지면 RYamide 수치는 상승하고, 그 반대도 마찬가지입니다. 따라서 NPF와 RYamide는 함께 인간 및 기타 숙주에 대한 모기의 매력을 촉진하고 억제합니다.

이 발견을 통해 새로운 방법과 살충제가 개발되어 모기의 번식 및 질병 전파를 방지할 수 있기를 기대합니다.

치명적인 질병의 확산 가능성을 줄이기 위해 연구자들은 화학 물질 없이 이를 달성할 수 있는 완전 자동화 기계도 고려하고 있습니다. 대규모로 모기를 제거하기 위해 독성 화학 물질을 살포하면 인간과 나비, 벌과 같은 유익한 곤충에게 해를 끼칩니다.

그래서 연구자들은 수컷과 암컷 유충을 정확히 구분해 별도의 그룹으로 분류할 수 있는 안경을 사용하는 로봇 장치를 만들었습니다. 이 연구는 침입성 모기 species를 목표로 합니다.

“이러한 기술의 확대 사용은 현재 주로 살충제에 의존하고 있는 모기 방제에 비해 매우 긍정적인 환경 영향을 가져올 것입니다.”

– 연구 공동 저자 Jérémy Bouyer

이제 모기 위협에 적극적으로 대응하고 있는 두 회사를 살펴보겠습니다.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) 은 첨단 과학 솔루션을 제공하는 주요 기업으로, 모기에 의해 전파되는 질병을 관리하고 매개체를 통제하기 위한 진단 도구와 기술을 제공합니다. 이들은 Zika, 뎅기열, 말라리아 등 모기가 전파하는 질병과 모기 개체수를 연구·추적하는 데 필수적인 장비를 제공합니다.

#2. Precigen, Inc. (Previously known as Intrexon Corporation)

Precigen은 모기 개체수를 감소시키고 모기 매개 질병 전파를 억제하기 위해 유전적으로 변형된 모기를 개발했습니다. 여기에는 뎅기열 및 Zika와 같은 질병과 싸우기 위해 다양한 지역에 방출된 Oxitec 모기가 포함됩니다.

결론 

모기는 세계에서 가장 치명적인 동물로, 매년 다른 어떤 생물보다도 더 많은 사람들을 죽입니다. 이들은 뎅기열, 말라리아, 황열, Zika, 치쿤구니아, 서녘니들, 림프관흡충증과 같은 질병을 일으키는 바이러스와 기생충을 전파할 수 있습니다.

전 세계적으로 수십억 명이 이러한 바이러스에 감염되고 있으며, 전 세계 여행, 기후 변화, 도시화와 같은 요인이 모기 개체수와 전파를 증가시키고 있습니다. 따라서 과학자들이 모기를 더 깊이 이해하고 개체수를 줄이며 모기 매개 질병과의 싸움을 강화해 더 건강한 세상을 보장하는 것이 필수적입니다.

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