박광하의 생명과학 이야기
곤충변태[metamorphosis,變態]의 생명과학(2)
누에에서 찾아낸 발기부전물질
누에는 번데기에서 성충이인 나방으로 변태하면 고치를 뚫고 밖으로 나와 곧바로 암·수나방을 만나 짝짓기를 하게 된다. 이때에 암수를 따로 구분해서 관리해야 누에씨[잠종]를 효과적으로 얻을 수 있다. 누에 나방의 암수가 겉모양이 엇비슷해서 전문가가 아니고서는 감별하기가 쉽지 않다. 그런데 유강선 박사가 감별방법을 고안해 냈다. 누에의 특수계통 중에는 암수 모두 노란색의 고치를 짓는 놈들이 있었다. 그런데 노란색 고치를 짓는 유전자를 암누에 유전자에 자리바꿈을 하여 암누에는 무조건 노란색의 고치를 짓도록 유전자 조작을 할 수 있었다. 이 방법으로 한 특수품종을 만들어 암수를 구분하는 전략을 세웠고 또 누에고치 애벌레도 암컷은 무늬가 있는 개체가 나오도록 한 것이다. 이 방법으로 암수를 구분할 수 있었고 교미하지 않은 숫총각의 생식기관에서 추출한 물질을 실험동물에 3주 동안 투여한 결과 남성호르몬이 33% 증가되었고 정자수가 41%, 정자의 운동지구력을 60% 증가시키는 결과를 얻어낸 것이다. 동의보감의 내용을 확인할 수 있는 근거가 나타난 것이다. 2001년 3월 16일에 특허를 출원하고 이어서 5월 25일 농촌진흥청에서 누에그라 개발에 관한 TV 및 일간지 전 매체를 통하여 홍보했다. 그리고 누에그라 산업화 실시 예정업체인 근화제약에서는 누에그라의 브랜드를 국내 및 국외 미국 등 6개국에 등록하고, 곧바로 6월 5일에 근화제약과 특허출원 중 실시계약을 체결하고 산업화에 착수했다. 시제품 출시를 앞두고 7월 19일 개발에 참여하였던 30명을 대상으로 예비평가를 한 결과 약 70%가 효과가 있다고 하였으며, 특이할 만한 부작용은 전혀 없었다고 한다. 드디어 2001년 9월 5일에 누에그라가 공식적으로 세상에 나왔다. 출시가 되자 해당 제약회사의 주가가 폭등하고 세간의 엄청난 관심을 보였습니다. 그런데 중간 중간에 장애요인이 생겼다. 누에그라(파워그라) 사업하던 2003년 3월 누에그라 통상 실시권을 확대해 타 제약사에서도 특허 실시를 요청해 오는 등 사업전망이 순조로웠으나 건강식품에 의한 효능표시, 제형의 제한 등 회사 사정으로 기존에 누에그라를 생산하고 있던 제약사들이 여러가지 문제가 발생하면서 2006년 누에그라 생산을 잠정 중단하게 된다. 그러다가 2009년 8월 새로운 누에그라 제품 출시와 동시에 많은 사람들의 관심을 얻게 되었고 2010년 1월 드디어 누에그라 신제품 숫누에 파워그라 제품을 야심차게 출시하기에 이르렀다고 한다.
나비와 나방
나비와 나방은 모두 나비목에 속한 곤충이라는 공통점이 있습니다. 나비목의 곤충을 크게 나비와 나방으로 나누는데, 이 구분은 널리 쓰이기는 하지만 분류학에 따른 구분은 아니다. 이 둘을 나누는 완벽한 기준은 없지만 대개 다음 조건을 이용한다. 나비의 더듬이는 가늘고 길며 끝이 뭉툭한 반면, 나방은 수컷은 두껍고 털이 많으며 암컷은 가늘고 길며 끝이 뭉툭하지 않다. 이 성질은 나비와 나방을 나누는 가장 기본적인 기준이다. 그러나 예외는 있다. 털이 없는 더듬이를 가진 나방도 있으며(끝이 뭉툭하지는 않다) 끝이 뭉툭하지 않은 더듬이를 가진 나비도 있다. 많은 나방이 야행성이며 일부는 주행성이다. 야행성인 나비는 드물다. 애벌레에서 번데기로 변태할 때, 나방은 번데기 둘레를 둥근 고치로 보호하는 반면 나비는 딱딱한 번데기 껍질을 이용한다. 대부분의 나비는 밝고 화려한 색의 날개를 가지고 있다. 야행성인 나방은 갈색/회색/흰색/검은색 등의 단색이거나 여기에 지그재그나 소용돌이 등의 위장 무늬를 가지고 있다. 하지만 주행성인 나방은 밝은 색을 띄며, 특히 독이 있는 경우 화려한 무늬를 가지고 있기도 하다. 나방은 앉을 때 날개를 펼치고, 나비는 날개를 접는다. 하지만 팔랑나비과에 속하는 나비는 날개를 펴기도 하고 접기도 하며, 반만 접기도 한다. 나방의 몸통은 두껍고 털이 많은 반면, 나비는 가늘고 부드럽다. 나방은 앞날개와 뒷날개가 연결되어 있는 반면, 나비는 나뉘어 있다. 생물학자들은 곤충들의 탈바꿈 과정을 연구하면 할수록 경이로움을 느낀다. 신비한 탈바꿈이 한 세대에서 이뤄지기 때문이다. 쐐기풀나비라는 곤충이 있다. 쐐기풀은 일반인들이 이름보다 실물을 보면 거의 알만한 흔한 식물이다. 또한 곤충인 쐐기가 있는데 쐐기나방의 유충이다. 7-8월 산기슭의 나뭇잎에서 잎을 갉아먹고 있다가 사람피부와 접촉이 되면 표면에 돋아있는 가시로 가차없이 피부를 쏘아서 극심한 통증을 느끼게 된다. 그런데 쐐기풀은 쐐기나방과는 관계가 없지만 쐐기에 돋아 있는 가시와 비슷해서 붙여진 이름인것 같다. 쐐기풀은 잎에는 털가시가 있어서 촉감이 좋지 않다. 그러나 쐐기풀은 어느 식물 못지않게 영양가가 높아서 쐐기나방의 유충은 쐐기풀잎만 먹고 살며 쐐기풀은 털가시가 있어서 천적의 공격을 방어할 수 있다. 애벌레가 알에서 부화되면 쐐기풀 잎을 갉아 먹는다. 약 2주 정도 먹고 쐐기풀 잎을 갉아 먹으며 몸을 불리면서 단백질을 축적한다. 일단 먹기가 끝나면 단단한 외피에 싸여 거꾸로 매달린다. 애벌레 모습은 속에서 완전히 녹아 없어지고 짙은 단백질액체가 된다. 기적같은 탈바꿈은 이때부터 시작된다. 완전히 액체가 된 상태에서 하늘을 날을 수 있는 비행체가 약 10일정도 지나면 제작된다. 지금 인간이 제작하는 비행기는 보통 10만 개 단위의 정밀 부품을 수많은 숙련공이 몇 달씩 걸려 조립하지만 그렇게 만든 비행기도 기능면에서는 모기를 능가할 수 없다고 한다. 거꾸로 매달린 나비의 번데기 내부는 액체 단백질로 체워졌지만 액체 속에는 DNA라는 유전자가 가득 찼고 이것이 바로 비행체의 설계도가 된다.
나비와 나방의 비행설계도
유전자는 각각 2억6천만개의 염기(Genome) 서열로 입력됐다. 이러한 어마어마한 설계도에 의해 액체가 비행체로 제작된다. 수천 억개의 세포는 날개부터 더듬이까지 각 부위별로 실체를 만든다. 인간이 제작하는 대형 항공기설계도라 하더라도 이와 같이 방대할 수는 없다. 성능 역시 놀랍기만 하다. 예를 들면 모기나 파리가 어떻게 1초에 3백번 이상 날개를 펄럭거릴 수 있는지 알 길이 없다. 나비의 가장 큰 특성은 색소로 빛을 반사시키는데 원하는 색만 선별 반사시켜 뛰어난 색조화를 만든다. 이 모든 설계는 보잘 것 없는 번데기 속에서 오케스트라가 연주되듯 각 분야별로 제작된다. 이렇게 태어난 나비는 나약해 보이지만 모나크(Monarch) 나비는 떼를 지어 캐나다 북쪽에서 멕시코까지 장장 4천Km의 대륙을 횡단한다고 한다. 떼지어 나는 무리가 클 때는 태양빛을 가릴 정도로 많은 나비가 난다는데 아직 이동하는 이유는 밝혀지지 않았다. 곤충의 탈바꿈은 자연선택에 의한 진화를 훨씬 뛰어넘는다. 인간의 탐욕은 자연생태계에 직접적인 영향을 미치고 있음을 보여주는 끝이 없고 전혀 예상하지 못했던 다른 종류의 생물체와 자연에 영향을 미친다. 자영생태계의 최정점에 있는 인류의 의식환경은 지구의 미래를 좌우할 수밖에 없는 것인데 곤충을 통해 그 방안을 찾을 수 있다는 강한 주장이 있다. 지구상에 동물종을 통틀어 약 150만종으로 추산하고 있으며 이중의 100만종은 곤충종이라는 사실을 직시하라는 것이다. 곤충이 지구상에 출현시기를 3억8천만년 전 데본기[Devonian Period]로 보고 있으며, 그 당시 살던 곤충은 날개가 없는 무리들(무시류)의 세상이었다고 한다. 그 후 2억8천만년 전인 석탄기에 이르러 날개달린 곤충들이 나타나기 시작한 것으로 추정하고 있는 것이다. 이 때 부터 곤충들이 생존을 위해 생명체 메카니즘을 구축하고 생명공법을 다듬어 왔으니 40만년 전에서 25만년 전에 현생인류가 진화한 것으로 본다면 그 역사로 봐서 아무리 최첨단 과학기술이라고 해도 비교가 되지 않는 것이다. 누에의 일생에서 뿐 아니라 곤충 모두가 무궁무진한 특허권을 가지고 있다고 봐야 한다는 것이다.
실데나필[Sildenafil]
비아그라의 핵심성분 이름은 실데나필[sildenafil citrate-구연산 실데나필]이다. 화이자회사가 갖고 있던 특허 시한이 만료되면서 유사 제품이 쏟아져 나오게 되다보니, 한국의 파워그라[누에그라]가 이들과 경쟁하기는 버겁게 됐다. 최근 시장점유율이 어느 정도인지 확인하지 못하였으나 비아그라가 공장에서 제조할 수 있는 공정과정과 뽕나무를 재배하고 누에를 길러 발기부전제제를 만들어 내는 생산과정을 감안하면 경쟁력은 뻔한 것이 아니겠는가? 누에가 실크나 발기부전제 말고도 뽕잎의 기능성 성분을 이용한 식품개발 등 개척할 분야가 많은 것을 감안하면 양잠업에서 손을 뗄 수 없는 실정임을 알 수 있다. 비아그라나 누에의 파워그라가 인기를 누리게 되면 자연생태계에도 영향을 미친다는 주장이 있다. 비아그라가 많은 성인 남자를 구원함과 동시에 바다표범, 순록 등 수많은 멸종 위기의 동물도 구했다는 이야기가 있다. 정력 강화란 명목으로 희귀 동물들의 생식기나 뿔, 엄니 등을 약재로 소비하는 경우가 많았는데, 이 실데나필이 등장하면서 수요(?)가 크게 줄어들었다는 주장이다. 한 예로 캐나다 정부가 공식적으로 밝힌 것만 해도, 비아그라 발매 이전에는 매년 25만 마리가 죽어나가던 바다표범이 2001년 기준으로 9만 마리 이하로 줄었다고 한다. 일반 남성이 비아그라를 먹는 순간 야생동물 보호에 대해 걱정하지는 않을 것이다. 하지만, 2명의 과학자는 비아그라가 동물 수만 마리를 구할 수 있다고 말한다. 중국 전통의학상 물개나 호랑이가 훌륭한 치료약제로 간주돼, 이런 멸종 위기에 처한 동물들이 수천년간 사냥의 대상이 되어왔다. 중국 전통의학에서는 발기부전과 같은 일반적인 신체적 질병을 치료하는데 특정 동물들의 특정 신체 부위를 사용하곤 한다. 앵커리지 소재 알래스카대학교 생물학자 프랭크 본 히펠과 호주 시드니 소재 뉴사우스웨일스대학교 심리학자 윌리엄 형제에 따르면 전통적으로 발기부전 치료제로 쓰였던 동물 포획은 1990년대 후반에 급격히 줄어들었다는 것이다. 이 시기는 비아그라가 한창 인기를 얻던 때와 일치하는 것이라고 덧붙인 것이다. 이들은 포획이 줄어든 것이 비아그라 때문이라고 말한다. 중국 전통의학 전문가는 아시아에는 비아그라같은 다수의 서양 치료제를 신뢰하지 않는 풍토가 널리 퍼져있다고 말했다. “서양 약품을 사기 꺼려하는 가장 큰 이유 중 하나는 바로 부작용에 대한 우려 때문이다”고 덧붙였다. 예를 들어 비아그라 경우, 다수의 복용자들이 심장 질환을 일으켰다. 포획한 동물 신체부위는 통째로 팔리기보다는 추출물로 제조되어 팔린다. 중국 전통의학에서 발기불능에 특별히 중요성을 강조하지 않고 있다. 하지만, 남성들이 이를 치료하기 위해서는 엄청난 돈을 지불할 의사가 있다는 것이다. 그런데 누에로 만든 파워그라는 예비시험심사에서 70%가 제품사용의 효과를 인정하고 부작용이 없는 것으로 확인되었다고 한다. 누에에서 찾아낸 발기부전물질은 발기부전제의 강력한 경쟁력으로 작용될 것 같다. 인간의 탐욕은 자연생태계에 직접적인 영향을 미치고 있음을 보여주는 끝이 없고 전혀 예상하지 못했던 다른 종류의 생물체와 자연에 영향을 미친다. 누에의 일생에서 뿐 아니라 곤충모두가 벤처메이킹해야 할 무궁무진한 잠재성을 가지고 있다고 봐야 한다. 과학이 돈이 되는 것이라면 벌떼처럼 달려들고 야단법석을 떨지만 돈냄새가 풍기지 않으면 세상 사람들이나 정부관리나 대권을 꿈꾸며 나대는 정치가 들이 거들떠보지 않는다. 인문학이나 기초과학은 돈과 거리가 먼 것 같으나 이 분야가 취약하면 건전한 사회를 기약할 수 없고 과학의 발전이 요원하다는 것은 너무나 자명한 일이다. 대권후보자에게 과학정책을 필수적으로 물어야 한다는 어느 과학평론가의 주장에 전적으로 동감하는 것이다.
박광하(전 여주대신고 교감, 전 수원계명고 교장)
38khpark@hanmail.net
필자 박광하 선생은 고려대학교 생물학과를 마친 후에 평생을 생물과학 강의와 교육에 헌신하여 왔다. 20여년 전 호주로 이주하여 시드니에 거주하며 집필 활동을 하고 있다.