생물자원 누에 실크

실크(silk)라고 하는 물질은 나비목과 절지동물에 속하는 생물체중 자기 체내에서 합성해서 몸 밖으로 배출하는 필라멘트 형태의 단백질을 총칭하는데, 누에고치 실크와 거미줄이 우리가 흔히 볼 수 있는 실크의 좋은 예이다.
1970년대 누에는 양잠산업으로써 우리나라 근대화 기초를 다지게 해준 고마운 곤충이다. 과거 양잠산업의 발전과 함께 누에로부터 유전학, 생리학 및 병리학 연구 등 많은 학술적 탐구가 진행되었었다. 최근에는, 농촌진흥청 (청장 이수화)을 중심으로 누에 실크를 사용한 대체 인공뼈 개발 등, 식·의약 바이오소재로써 누에 실크의 활용 가치에 대한 인식의 전환이 진행되고 있다.
그렇다면, 일생 뽕잎만 먹는 누에가 어떻게 몸속에서 실크를 만들어 내는 것일까? 그 비밀은 누에 몸속에 있는 실샘이라는 한 쌍의 생체기관에 있다. 실샘은 누에 체적의 30% 정도를 차지하는 거대한 생체 기관으로서 생리학적 역할에 따라 전부, 중부 및 후부 실샘으로 나눌 수 있다. 우리가 알고 있는 실크는 바로 꼬불꼬불한 모양의 라면처럼 생긴 후부 실샘에서 만들어 진다. 후부 실샘은 525개의 고도로 분화된 세포로 이루어져 있는데, 이들 세포로부터 실크의 주성분인 피브로인 단백질이 만들어지는 것이다.
실크 단백질은 고유의 생화학적 구조를 갖고 있는데, 이는 앞서 말한 피브로인 인자들 간의 분자조립이라는 특수한 생화학적 메카니즘에서 비롯된다. 실크 단백질을 구성하는 최소 형태는 이형의 두 가지 피브로인 펩타이드가 일대일로 결합된 6개의 피브로인 중합체가 P25라는 올리고당으로 결합된 형태를 말한다. 이러한 생화학적 메카니즘은 생성된 피브로인 단백질이 세포 밖으로 이동하는 데에도 영향을 미쳐, 정상적인 구조를 갖추지 못한 실크 최소단위는 세포내에서 분해되어 버린다.
합성된 피브로인 수용액은 젖은 빨래를 짜듯이 중부 실샘과 전부 실샘을 거쳐 누에 입 밖으로 분출하게 된다. 누에가 배출한 실크의 단면을 보면 두 가닥의 전도체를 비닐 절연체가 감싸고 있는, 마치 가정에서 쓰고 있는 전기줄의 형태와 흡사하다. 두 가닥의 전도체 모양이 피브로인 단백이며 이를 감싸고 있는 물질은 세리신 이라는 수용성 단백질 이다. 이들 세리신 단백질은 중부 실샘에 위치한 250개의 세리신 단백질을 생합성하는 분화된 세포에서 만들어지며, 피브로인 단백질을 코팅하는 역할을 한다. 분비된 실크 단백질의 모양은 외부로의 통로인 입(토사공)의 형태에 의해 결정된 것이다. 누에는 토사기에 이르러 60시간에 걸쳐 2.5 ㎏의 실크를 생산할 수 있는데, 누에고치 하나에서 평균 1,300 m의 많은 양의 명주실을 뽑을 수 있다.
누에는 오랜 세월을 산업곤충으로서 그 몫을 담당해 왔고, 연중 대량 사육 기술의 확립과 함께 많은 양의 생리·생태적 특성이 밝혀졌다. 최근에는 분자생물학 기술을 이용한 그 동안 밝히지 못했던 곤충의 특이 기능을 이용하려는 연구가 활발하다. 대표적인 사례가 누에와 거미 실크 이용 연구인데, 거미 실크는 인공 섬유의 대명사인 케블라에 비해 뛰어난 인장력 및 강철보다 월등히 높은 강도를 갖고 있어 인공인대 및 봉합사 등의 의약 소재와 함께 가벼운 방탄조끼 등 군사용 소재로서도 활용가치가 주목 받고 있다.
최근, 누에 실크 유전자 조작에 의한 재조합 인간 콜라겐 단백질을 생성하는 누에가 일본으로부터 개발된 바 있다. 나아가 인공피부, 인공장기 등 의약소재를 생산하는 형질전환 누에를 개발하려는 연구가 일본, 중국, 프랑스 및 한국에서 경쟁적으로 진행되고 있으며 향후 더욱 확대될 전망이다. 이러한 국가적 사활을 건 보이지 않는 경쟁은, 바이오소재 연구 개발로부터 창출될 장기적이고 막대한 부가가치를 선점하기 위한 생물자원화전쟁의 가장 치열한 격전지중 하나라고 할 수 있다.

기사제공 : 농촌진흥청 잠사양봉소재과 최광호연구사