감염성 질병과의 싸움은 진화와의 경쟁입니다. 박테리아는 항생제에 대한 내성을 키우고, 바이러스는 끊임없이 진화하여 더 빠르게 확산됩니다. 곤충 매개 질병 또한 또 다른 진화의 장이 될 수 있는데, 곤충 자체가 인간이 사용하는 살충제에 대한 내성을 키우고 있기 때문입니다.
특히 모기를 매개로 하는 말라리아는 매년 60만 명 이상의 목숨을 앗아갑니다. 제2차 세계 대전 이후로,살충제말라리아 기생충에 감염된 아노펠레스 모기를 죽이기 위해 고안된 화학 무기가 말라리아 퇴치에 사용되어 왔습니다.
하지만 모기는 이러한 것들을 무력화시키는 전략을 빠르게 개발합니다.살충제가 효과가 없다수백만 명의 사람들이 치명적인 감염 위험에 더 많이 노출되는 결과를 초래합니다. 제가 동료들과 함께 진행하여 최근 발표한 연구에서 그 이유를 설명합니다.
진화 유전학자로서 저는 적응 진화의 근간인 자연 선택을 연구합니다. 생존에 가장 유리한 유전적 변이가 불리한 변이를 대체하면서 종의 변화가 일어납니다. 아노펠레스 모기의 진화 능력은 정말 놀랍습니다.
1990년대 중반, 아프리카의 대부분의 아노펠레스 모기는 국화에서 추출한 피레트로이드계 살충제에 감수성이 있었습니다. 모기 방제는 주로 두 가지 피레트로이드계 살충제 기반 방법에 의존했는데, 하나는 모기가 잠자는 곳을 보호하는 살충제 처리 모기장이고 다른 하나는 건물 벽에 잔류성 살충제를 살포하는 것이었습니다. 이 두 가지 방법만으로도 2000년에서 2015년 사이에 5억 건 이상의 말라리아 발병을 예방했을 것으로 추정됩니다.
그러나 가나에서 말라위에 이르는 지역의 모기들은 이제 이전의 치사량보다 10배나 높은 농도의 살충제에도 내성을 보이는 경우가 빈번하게 발생하고 있습니다. 아노펠레스 모기 방제 조치 외에도 농업 활동으로 인해 모기가 의도치 않게 피레트로이드계 살충제에 노출될 수 있으며, 이는 모기의 내성 발현을 더욱 악화시킬 수 있습니다.
아프리카 일부 지역에서는 아노펠레스 모기가 말라리아 방제에 사용되는 4가지 계열의 살충제에 내성을 갖게 되었습니다.
아노펠레스 모기와 말라리아 기생충은 아프리카 이외 지역에서도 발견되는데, 아프리카에서는 살충제 내성 연구가 덜 일반적입니다.
남미 대부분 지역에서 말라리아의 주요 매개체는 아노펠레스 달링기 모기입니다. 이 모기는 아프리카의 말라리아 매개체와 매우 달라서 니소린쿠스(Nyssorhynchus) 속이라는 다른 속일 가능성도 있습니다. 저는 8개국 동료들과 함께 1,000마리가 넘는 아노펠레스 달링기 모기의 게놈을 분석하여 최근 인간 활동으로 인한 변화를 포함한 유전적 다양성을 파악하고자 했습니다. 동료들은 브라질의 대서양 연안에서 콜롬비아 안데스 산맥의 태평양 연안까지 이르는 광활한 지역의 16개 지점에서 이 모기들을 채집했습니다.
우리는 아프리카 근연종들과 마찬가지로 아노펠레스 달링기(Anopheles darlingi)가 인간의 20배가 넘는 극도로 높은 유전적 다양성을 보인다는 것을 발견했습니다. 이는 개체 수가 매우 많다는 것을 시사합니다. 이처럼 유전자 풀이 큰 종은 새로운 환경에 잘 적응할 수 있습니다. 개체 수가 많을수록 원하는 이점을 제공하는 적절한 돌연변이가 나타날 가능성이 높아집니다. 일단 이러한 돌연변이가 확산되기 시작하면, 수적 우위 덕분에 몇몇 모기의 무작위적인 죽음조차도 해당 돌연변이의 완전한 멸종으로 이어지지 않습니다.
반면, 미국 토종 독수리는 살충제 DDT에 대한 내성을 발달시키지 못했고 결국 멸종 위기에 처했습니다. 수백만 마리 곤충의 진화 효율은 고작 몇천 마리 새의 진화 효율을 훨씬 능가합니다. 실제로 지난 수십 년 동안 우리는 달링기 모기에서 약물 내성과 관련된 유전자에서 적응 진화의 징후를 관찰해 왔습니다.
피레트로이드계 살충제와 DDT를 비롯한 여러 살충제는 신경 세포 내에서 열리고 닫히는 이온 채널이라는 동일한 분자적 표적으로 작용합니다. 이 채널이 열리면 신경 세포는 다른 세포를 자극합니다. 살충제는 이 채널이 계속 열린 상태를 유지하도록 하여 신경 자극 전달을 지속하게 함으로써 곤충을 마비시키고 죽음에 이르게 합니다. 그러나 곤충은 채널의 형태를 변형시켜 내성을 발달시킬 수 있습니다.
다른 과학자들이 수행한 이전 유전학 연구와 저희 연구에서는 아노펠레스 달링기 모기에서 이러한 유형의 저항성을 발견하지 못했습니다. 대신, 저희는 저항성이 독성 화합물을 분해하는 효소를 암호화하는 유전자 세트를 통해 다른 방식으로 발달한다는 것을 발견했습니다. P450으로 알려진 이 효소의 높은 활성은 다른 모기에서 살충제 저항성 발달의 주요 원인입니다. 20세기 중반 살충제 사용이 시작된 이후, 동일한 P450 유전자 세트는 남아메리카에서 적어도 7번 독립적으로 돌연변이를 일으켰습니다.
프랑스령 기아나에서 발견된 또 다른 P450 유전자 세트 역시 유사한 진화 패턴을 보여주었으며, 이는 이 효소와 적응 사이의 밀접한 연관성을 더욱 확증시켜 줍니다. 더욱이, 모기를 밀폐된 용기에 넣고 피레트로이드계 살충제에 노출시켰을 때, 개별 모기 간의 P450 유전자 차이는 생존 시간과 상관관계가 있었습니다.
남미에서는 살충제를 이용한 대규모 말라리아 방제 캠페인이 간헐적으로만 시행되었으며, 모기 진화의 주요 원동력이 아니었을 가능성이 높습니다. 오히려 모기는 농업용 살충제에 간접적으로 노출되었을 수 있습니다. 흥미롭게도, 우리는 농업이 발달한 지역에서 가장 뚜렷한 진화 징후를 관찰했습니다.
최근 몇 년 동안 새로운 백신 개발과 말라리아 방제 분야의 여러 발전에도 불구하고, 모기 방제는 말라리아 확산을 줄이는 데 여전히 핵심적인 요소입니다.
여러 국가에서 말라리아 퇴치를 위해 유전자 공학 기술을 시험하고 있습니다. 이 기술은 모기 개체 수를 줄이거나 말라리아 기생충에 대한 저항력을 약화시키기 위해 모기의 유전자를 변형하는 것을 목표로 합니다. 모기의 놀라운 적응력이 어려움이 될 수 있지만, 전망은 밝습니다.
저와 동료들은 새롭게 나타나는 살충제 내성을 탐지하는 방법을 개선하기 위해 연구하고 있습니다. 유전체 염기서열 분석은 새롭거나 예상치 못한 진화적 반응을 탐지하는 데 여전히 매우 중요합니다. 적응 위험은 장기간 강렬한 선택압력 하에서 가장 높으므로, 살충제 사용을 최소화하고, 조절하고, 단계적으로 사용하는 것이 내성 발달을 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다.
진화하는 약물 내성에 대처하기 위해서는 체계적인 모니터링과 적절한 대응이 필수적입니다. 진화와는 달리, 인간은 미래를 예측할 수 있습니다.
Jacob A. Tennessen은 하버드 TH Chan 공중보건대학원과 브로드 연구소를 통해 미국 국립보건원으로부터 연구 자금을 지원받았습니다.
게시 시간: 2026년 4월 21일
