<사진. 쌍각류의 세포내 공생
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

심해에 서식하는 갑각류에 공통된 혈구의 종류와 탐식작용 해명

- 심해 생물의 공생 메커니즘을 생체방어의 시점에서 해명하기 위한 기초적인 연구

국립연구개발법인 해양연구개발기구(JAMSTEC) 해양생물다양성연구분야 연구그룹은 주식회사 마린워크저팬 및 기타자토대학(北里大?)과 공동으로 심해의 열수역 및 용수역에 서식하여 아가미세포 내에 세균을 공생시키는 홍합과(Mytilidae) 쌍각류 세 종류에 대해 생체방어기구에서 중요한 역할을 하는 혈구가 세 종류이며, 각각 외래 세균의 탐식작용에 차이가 있다는 것을 처음으로 해명하였다.

심해의 열수역 및 용수역에 서식하는 홍합과 쌍각류는 아가마 세포 내에 화학합성세균이 서식하고 있어 화학합성세균이 만들어내는 에너지로 생명을 유지하고 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 세균과 숙주동물이 서로 도우는 관계에 있는 상태를 “공생”이라고 하며, 공생관계에 있는 종류에는 세균이 공생하는 장소에 따라 세포외 공생(외부공생)과 세포 내 공생(내부공생)이 있다. 홍합과 쌍각류는 그 양쪽의 공생관계를 가진 종류가 존재한다. 이번 조사대상은 쌍각류는 세포 내 공생을 하는 숙주동물 중 하나이다. 한편 동일한 홍합과 쌍각류라도 얕은 바다에 서식하고 식용으로 이용되는 종류 중에는 세균과 공생관계가 없는 것도 있다.

일반적으로 동물은 병원성 원생생물, 세균 및 바이러스에 대해 혈구를 중심으로 한 생체방어기구를 갖추고 있어 감염으로부터 자신을 보호하고 있으며, 홍합과 쌍각류도 인간 등 척추동물의 백혈구에 해당하는 과립혈구를 가지고 있다. 과립혈구는 병원체를 인식하여 혈구 내부로 유입시켜 배제하는 탐식작용을 가지고 있으며, 생명유지에 반드시 필요한 생체방어기구의 중심을 담당하고 있는 것으로 알려져 있지만, 홍합과 쌍각류에서 혈구의 종류와 그 기능에 대해서는 지금까지 계통적인 연구가 이루어지지 않았기 때문에 연구자에 따라서는 혈구 종류의 명칭이 다르고, 혈구의 종류 및 그 기능의 해석이 어려워 혼란한 상태이다.

또한 얕은 바다에 서식하는 쌍각류의 경우는 식용으로 사용하는 유럽과 미국을 중심으로 연구가 진행되었지만, 심해 열수역 및 용수역에 서식하는 홍합과 쌍각류에 대해서는 공생과 감염병의 관계 등 생체방어의 관점에서는 흥미를 가지고 있지만, 혈구의 종류 및 그 생체방어기구는 거의 연구결과가 없으며, 공생자를 갖지 않은 쌍각류 등의 혈구와 어떤 관계에 있는지 알지 못하였다.

그래서 연구그룹은 세 종류의 쌍각류(Bathymodiolus japonicus, B. platifrons, B. septemdierum)를 이용하여 혈구의 형태학적 해석과 함께 혈구의 탐식작용을 해석하고, 세균을 공생하지 않는 쌍각류의 혈구와 비교함으로써 혈구의 종류와 기능을 해석하였다.

본 연구에서는 일본 근해의 열수역 및 용수역에 서식하는 세 종류의 쌍각류 혈구세포의 종류를 분류하고 그 탐식작용을 규명하기 위해 광학현미경 관찰과 전자현미경 관찰을 수행하였다. 그 결과 모든 쌍각류에서 한 종류의 무과립구와 두 종류의 과립구(호염기성 과립구와 호산성 과립구) 등 세 종류의 혈구를 가지며, 호염기성 과립구와 호산성 과립구의 세포는 큰 차이가 나타났지만, 세포 내의 소화에 관한 소화효소를 포함한 리소좀을 가지고 있다는 것을 밝혀내었다.

이러한 혈구와 녹색 형광으로 표식한 대장균을 혼합하여 탐식작용을 조사한 결과, 두 종류의 과립구에 탐식작용이 나타났으며, 소화효소를 포함한 리소좀의 융합이 관찰되었다. 또한 무과립구는 탐식작용이 나타나지 않아 호염기성 과립구는 낮은 탐식작용, 호산성 과립구는 높은 탐식작용을 가진 것으로 나타나 다른 활성을 가진 것을 밝혀내었다. 그리고 호산성 과립구는 대장균의 탐식 후에 신속하게 리소좀과 융합하는 것으로 나타났지만, 호염기성 과립구에서는 탐식 후 리소좀과의 융합까지 시간이 오래 걸리는 것을 알았다. 이러한 결과는 혈구의 종류에 따라 이물질 배제에 관한 기능에 차이가 있다는 것을 시사하고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr