꿀벌 영양 개선 효모 사료 식량안보 연구

 

 

꿀벌 영양 개선 효모 사료: 식량안보를 위한 혁신적인 연구

꿀벌은 세계 식량 생산의 숨은 공로자입니다. 수분 작용을 통해 생태계와 농업을 지탱하는 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 그러나 기후 변화, 살충제, 질병, 꽃 다양성 감소 등으로 인해 꿀벌 개체 수가 급감하고 있으며, 이는 전 세계 식량 안보를 위협하는 심각한 문제로 대두되고 있습니다. 이러한 위기에 대응하기 위해 옥스퍼드 대학교가 주도하는 국제 연구팀에서 꿀벌의 건강과 회복력을 증진시키는 혁신적인 효모 기반 사료를 개발했습니다. 이 연구는 Nature 저널에 게재되었습니다.

스테롤: 꿀벌 건강의 핵심 요소

꿀벌은 스테롤을 자체적으로 생성하지 못합니다. 대부분의 곤충은 섭취한 스테롤을 콜레스테롤로 변환하지만, 꿀벌은 스테롤을 직접 섭취해야 합니다. 스테롤은 세포막과 호르몬 생성에 필수적인 분자로, 꿀벌의 성장, 발달, 생식에 매우 중요한 역할을 합니다. 스테롤이 부족하면 꿀벌 군집의 번식이 어려워지고 결국 붕괴될 수 있습니다. 일반적으로 꿀벌은 '비 브레드(bee bread)'라고 불리는 저장된 꽃가루에서 스테롤을 얻습니다. 일벌은 이 꽃가루를 소화하여 스테롤을 분비샘으로 옮긴 후, 분비물을 통해 애벌레에게 먹입니다. 꽃가루에는 다양한 종류의 스테롤이 존재하지만, 꿀벌 조직에서 주로 발견되는 것은 24-methylenecholesterol, campesterol, isofucosterol, β-sitosterol, cholesterol, desmosterol의 6가지입니다.

효모 기반 꿀벌 사료 개발: CRISPR-Cas9 기술의 활용

연구팀은 꿀벌에게 필수적인 스테롤을 효율적으로 공급하기 위해 양식업에서 안전성이 입증된 Yarrowia lipolytica 효모를 사용했습니다. CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 활용하여 효모의 대사 경로를 재설계하고, 꿀벌에게 필요한 6가지 스테롤을 생산하도록 유전자를 조작했습니다. 이 과정은 특정 유전자를 삭제하고 식물, 조류, 박테리아에서 추출한 유전자를 도입하는 복잡한 단계를 거쳤습니다. 최종적으로 6가지 스테롤을 모두 생산하는 효모를 개발하는 데 성공했습니다. 이렇게 생산된 효모 바이오매스는 건조 분말 형태로 인공 사료에 첨가되어, 자연 꽃가루를 과도하게 채취하지 않고도 꿀벌에게 완전한 영양을 공급할 수 있게 되었습니다.

온실 및 야외 실험을 통한 효과 검증

연구팀은 온실 환경에서 꿀벌 군집에 3개월 동안 개발된 효모 사료만을 공급하는 실험을 진행했습니다. 그 결과, 스테롤이 풍부한 효모 사료를 섭취한 꿀벌 군집은 기존 대체 사료를 섭취한 군집보다 최대 15배 많은 애벌레를 길러냈습니다. 또한 스테롤 결핍 군집의 번식 활동이 중단된 후에도, 효모 사료를 섭취한 군집은 지속적인 번식 활동을 보였습니다. 흥미롭게도 애벌레에서 측정된 스테롤 구성은 자연에서 채집하는 꿀벌 군집의 애벌레와 일치했습니다. 이는 꿀벌이 생물학적으로 중요한 스테롤만을 선택적으로 애벌레에게 전달한다는 것을 시사합니다. 추가적인 야외 실험에서도 유사한 결과가 확인되었습니다. 스테롤 혼합 효모 사료를 공급받은 군집은 늦여름까지 강력한 번식력을 유지한 반면, 대조군은 개체 수가 감소했습니다. 폭염으로 인해 모든 군집의 꿀벌 수가 감소했을 때도, 효모 사료를 섭취한 군집은 일벌을 다시 추가하자 더 빠르게 회복했습니다. 효모에서 생성된 스테롤 대체물질인 tetrahymanol은 꿀벌이 섭취했지만 애벌레에서는 검출되지 않았는데, 이는 꿀벌이 불필요한 분자를 걸러내는 능력을 가지고 있음을 보여줍니다.

식량 안보와 꿀벌 사료의 미래

꿀벌은 아몬드, 사과, 체리 등 주요 작물의 70% 이상을 수분하며, 미국에서는 매년 꿀벌 군집의 절반 가까이가 손실되고 있으며, 더 높은 손실률이 예상됩니다. 영양 부족은 진드기, 바이러스, 살충제로 인한 피해를 증폭시키기 때문에 꿀벌 건강에 매우 중요한 요소입니다. 본 연구의 공동 저자인 필 스티븐슨 교수는 "꿀벌은 아몬드, 사과, 체리와 같은 작물 생산에 매우 중요한 수분 매개자이며, 일부 지역에서는 엄청난 수의 꿀벌이 필요합니다. 이는 제한된 야생화 자원에 큰 부담을 줄 수 있습니다."라고 지적하며, "우리가 개발한 효모 사료는 제한된 꽃가루 자원에 대한 경쟁을 줄여 야생 꿀벌 종에게도 도움이 될 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

 

Project Apis m.의 다니엘 다우니는 "우리는 식량의 3분의 1을 꿀벌의 수분에 의존하고 있지만, 꿀벌은 많은 스트레스 요인에 직면해 있습니다. 좋은 영양 공급은 이러한 위협에 대한 꿀벌의 회복력을 향상시키는 한 가지 방법이며, 꿀벌의 자연 먹이가 줄어드는 환경에서 더 완벽한 영양 보충제는 판도를 바꿀 수 있습니다."라고 말했습니다. 효모 바이오매스는 단백질, 지방, 비타민도 제공합니다. 연구팀은 항산화제, 카로티노이드, 유익한 지방산 등을 추가하여 수분 매개자를 위한 진정한 의미의 통합적인 사료를 개발할 수 있을 것으로 전망합니다. 이 연구 결과는 매우 고무적이지만, 야외 환경에서의 장기적인 수분 효과를 측정하는 대규모 현장 연구가 추가로 필요합니다. 연구가 성공적으로 진행된다면 2년 안에 농가에서 이 보충제를 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다. 꿀벌을 넘어 다른 수분 매개자나 심지어 사육 곤충에도 이러한 접근 방식을 적용하여 전 세계 지속 가능한 농업의 기반을 강화할 수 있을 것입니다. 효모의 분자적 변화에서 시작된 이 연구는 수분 매개자의 생존 가능성과 더 나아가 전 세계 식량의 미래를 재편할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 큐 왕립식물원, 그리니치 대학교, 덴마크 공과대학교와 공동으로 진행되었습니다.