유전학 실험에서 초파리를 쓰는 이유

유전학 실험에서 초파리를 쓰는 이유

 

목적

유전학 실험에서 왜 초파리를 자주 쓰는지 안다.

 

Introduction

 

초파리에 대하여

 

초파리는 절지동물(Arthropoda) 곤충강(Insecta) 에 속한다.

전 세계적으로 약 2000종의 초파리가 알려져 있으며 우리나라에도 150여 종이 있다.

그 중에서도 노랑초파리(drosophilla melanogaster)가 대표적인 종인데, 초파리는 농가에서 누룩으로 초를 만들 때 모여드는 성질 때문에 초파리(Vinegar fly) 라고 불리우게 되었는데, 과일 썩은 곳에도 잘 모이므로 과일 파리로도 불리는 초파리의 종류 중 주택부근에 가장 많은 종은 Morgan이 실험재료로 제일 처음 사용했으며, 보통 초파리라고 하면 노랑 초파리를 가르킬 정도이다.

 

초파리의 과학계 진출은 1900년 하버드 대학의 교수 윌리엄 캐슬의 실험실에서였고 그 후 초파리는 토머스 헌트 모건에 의해서 스타덤에 올랐다. 모건교수는 콜롬비아 대학의 일명 fly room에서 두 명의 대학생 캘빈 브리지스와 알프레드 스터티번트와 함께 초파리의 돌연변이를 연구하며 유전공학의 기초를 구축하였다.

 

초파리는 알에서부터 성충까지 발육하는데 14일이 걸리고, 이 종을 유지하기 위해서 번식도 빠른 속도로 한다. 산란 후 0.5mm 크기의 알은 하루 만에 유충기로 접어든다. 이 알은 4일 만에 두 번의 탈피를 하고 이틀 후 번데기 형태로 굳어진다. 4일 후엔 번데기에서 성충으로 접어들고 24시간 만에 드디어 초파리의 형태를 갖추게 된다. 성체로 있는 초파리는 일주일간 세상을 즐기며 잦은 교미를 한다. 빠른 성장과 장기간에 걸친 산란으로 불과 몇 주 만에 3세대가 형성되기도 한다.

 

 

                                                 초파리의 암컷                                       초파리의 수컷

 

초파리의 암 수 구별하는 방법으로는 첫째 복부를 관찰해본다. 암컷의 복부는 비교적 크고 끝이 뾰족하며 긴 편이고 수컷의 복부는 암컷보다 작고 끝이 둥글다. 복부를 현미경으로 보면 암컷은 7마디로 되어있고 수컷은 5마디로 되어있으며 끝이 검다. 두 번째로는 앞다리를 관찰한다. 수컷의 앞다리에는 성즐(앞다리의 까만 점)이 있고, 암컷은 성즐을 갖고 있지 않다.

 

실험에 초파리를 사용하는 이유

 

아주 미미하고 보잘것없는 초파리가 20세기 생물학의 상징으로 부상한 이유는 당연한 귀결이다. 초파리는 19세기말부터 유전학 실험실에서 사용되었다. 모건이 돌연변이 실험을 위해 초파리를 이용한 이유는 초파리의 빠른 번식력과 작은 사이즈 그리고 아주 저렴하다는 이유에서였다. 14일의 생활사를 갖고 있는 초파리는 실험하기에 적합하고, 암컷은 한번 수정하면 100여 알을 낳기 때문에 실험을 할 때 위험 부담이 없다. 또한 한 vial에 몇 백 마리의 초파리를 키울 수 있다. 초파리는 쥐보다도 작은 실험실에서 여러 실험을 할 수 있다는 장점과 미생물실험같이 값비싼 autoclave같은 기계장치나 전자 현미경 등 부담스러운 장비가 일체 필요하지 않다. 더 나아가 먹이양도 많이 필요하지 않고, 그 시약 역시 20일에 한번 꼴로 갈아주면 되니 아주 편리하고 실험용으로는 매우 적합하다. 그 외에 돌연변이 형질이 많이 나타나있고 현재 수천 종에 달하는 돌연변이 계통이 기재되어있다. 초파리는 완두보다 적은 4쌍의 염색체(X,Y 성염색체와 3쌍의 autosome)를 갖고 있기 때문에 특정 염색체를 연구하는데 있어서 보다 수월하다. 인간의 7만개의 유전자와 비교했을 때 12000개의 비교적 적은 유전자를 소유한 초파리는 현재 게놈지도 작성에도 유용하게 사용되고 있다. 초파리의 염색체의 분리와 배열되면서 새로운 조합을 탄생시키는 사실들이 인간과 다른 mammalian 에서도 성립된다는 것이 밝혀진 이래 지속적인 선호도를 얻고 있다.

또한 초파리는 모건에 의해 실험재료로 선택이 된 후 수많은 돌연변에가 발견되었다. 특히 유명한 것은 빨간색의 정상 초파리 그룹에서 우연하게 흰눈돌연변이가 발견된 것이었다. 이러한 것을 자연 발생적인 돌연변이라고 한다. 모건은 이 흰눈 돌연변이 초파리를 이용하여 이 유전자가 성염색체에 연관되어 있다는 것을 알게 되었으며, 유전자의 염색체설을 증명할 수 있었다. 이러한 연구는 모건이 유전학으로는 최초로 노벨상을 타게 해주었다. 초파리는 다른 동물에 비해 외형적으로 상당히 복잡한 구조를 가지고 있어 여러 돌연변이를 관찰할 수 있다. 예를 들면 눈의 색깔 돌연변이로 흰눈, 갈색눈, 암갈색눈, 선홍색눈, 보라색눈 등이 있으며, 눈의 모양 돌연변이로 막대눈, 눈이 없는 것 등이 있다. 날개의 돌연변이에는 날개가 휜 것, 흔적 날개인 것, 아예 날개가 없는 것, 날개를 항상 펴고 다니는 것, 날개 끝이 톱니 바퀴처럼 된 것 등 매우 다양한 돌연변이들이 발견되었다. 초파리의 돌연변이는 자연 상태에서도 일어나지만 실험적으로는 X-ray, 돌연변이 화학물질인 EMS, r-ray 등의 돌연변이 유발물질 (mutagen)을 이용하여 돌연변이를 관찰하기 쉽기 때문에 유전학 실험에서의 실험동물로써 아주 적합하다. 

  

Reference

 

fly: an experimental life / Brooks, martin, 이충호 옮김/ 서울:이마고 / 2002

이번 실험은 초파리를 현미경으로 관찰하여 암수를 구별하고, 야생형과 돌연변이를 관찰하여 비교하는 실험이었다.
초파리를 현미경으로 외형관찰하기위해 디에틸에테르를 흡입시켜 마취하는데, 디에틸에테르는 자율신경계를 억제시키는것을 마취가되는것이다.
마취가 풀릴것 같은 초파리는 붓으로 문질러주면 다시 마취가 되는데, 이것 역시 압박이나 맛사지를 통한 신경계 교란에 의한 효과이다.
초파리의 암수구별은 매우 쉬웠다. 암컷의 경우 크기가 크고 복부가 뾰족한 것이 가장 눈에 잘 들어왔고, 수컷은 둥근 복부와 암컷보다 비교적 작은 몸집에 앞다리의 성즐로 구분할 수 있었다.
성즐은 성체초파리의 앞다리에 있는 뻣뻣한 검은 강모이고, 이것을 이용해 암컷에게 달라붙는다.
초파리의 돌연변이의 종류로는 흰눈, 갈색눈, 노란몸, 회색몸, 흔적날개, 굽은 날개 등이 있는데 이번에 관찰한 돌연변이는 갈색눈과, 흔적날개를 가진것으로, 육안으로도 구별할 수 있었다.