잎사귀로 변신하는 곤충의 마법: 녹색 메뚜기를 물들이는 새로운 단백질 "DBXN"의 충격

1. 녹색 몸체는 우연인가 필연인가――오랜 수수께끼에 도전

초원에 앉아 바람에 흔들리는 억새를 바라보고 있으면, 그 줄기에 살며시 매달려 있는 한 마리의 메뚜기가 눈에 들어온다. 잎과 같은 톤의 녹색, 반투명의 날개맥, 약간 갈색이 도는 등――그 완벽한 위장은 포식자의 눈을 속이고, 연구자의 눈까지도 속여왔다. 곤충의 체색은 엽록소를 먹고 "물든다"는 오래된 속설도 있었지만, **「체내에서 녹색을 '만드는' 메커니즘이 존재하는 것이 아닐까」**라는 가설이 이번 발견으로 이어졌다. ja.wikipedia.org

2. 신단백질 "디비리노크산티닌(DBXN)"이란

연구팀은 *T. cantans*의 표피에서 수용성 녹색 단백질을 정제했다. 질량 분석과 de novo 시퀀싱 결과, 그것이 전장 80 kDa 전후의 변칙적 삼량체이며, 각 서브유닛이 원래는 난황 단백질 비텔로게닌의 단편임을 밝혀냈다. 내부 공동에 노란색 색소 루테인×2, 파란색 빌린×2, 인지질×4를 포함한 "이색성 포켓"을 갖추고, 결정 구조(PDB: 9KUE) 분석에서는 1.99 Å의 해상도로 색소 위치까지 특정되었다. ncbi.nlm.nih.govpubmed.ncbi.nlm.nih.gov

3. 발견의 무대 뒤――국제 팀과 일본인 연구자

논문의 제1 저자는 독일 괴팅겐 대학의 페터 슈바르츠 씨. 스웨덴 웁살라 대학, 체코 생명 과학 대학, 그리고 일본의 도호쿠 대학・이학 연구과(구조 생물학 그룹)가 협력하여, 결정 분석에는 SPring-8의 빔라인 BL41XU도 사용되었다. 일본 측 공동 연구자인 사토 사키 준교수는 "곤충계에 GFP에 필적하는 '녹색 단백질'이 존재한다고 직감하여, 10년간 쫓아온 꿈이 이루어졌다"라고 기자회견에서 말했다. phys.org

4. 분자가 연주하는 "위장의 심포니"

DBXN이 녹색을 만들어내는 열쇠는, **「가법 혼색」**이다. 인간이 '녹색'으로 인식하는 파장 영역은 대략 500–560 nm. 그 중간 부근을 피크로 하여 노란색(560 nm 부근)과 파란색(480 nm 부근)의 흡수・산란이 겹쳐짐으로써 좁은 대역의 반사 스펙트럼이 실현된다. 개구리의 빌리베르딘 결합 단백질이나 나비의 프리즘 구조와는 다른, "색소 캡슐" 방식이라고 할 수 있다. pnas.org

5. 일본의 전문가들은 이렇게 본다

• 모리카와 신야(교토 대학 곤충 형태학)：「사마귀가 녹색과 갈색을 전환하는 멜라닌계와는 대조적으로, T. cantans는 성체까지 색이 유지된다. 난황 단백질의 재활용이라는 진화의 아이디어가 흥미롭다」

• 후지타 쇼코(도쿄 공업 대학 촉매 화학)：「실온에서 안정적으로 발색하고, 물에도 기름에도 녹기 어려운 유기 색소를 단백질이 '안고' 운반한다. 이 컨셉은 새로운 유기 EL의 분산 설계에 응용할 수 있다」

6. 응용 가능성――지속 가능한 소재부터 바이오 센서까지

1. 천연 유래 그린 잉크：「엽록소는 퇴색이 빠르지만, DBXN은 루테인과 빌린의 안정성을 높여, 광조사 후에도 90%의 흡광도를 유지」

2. 환경 모니터링용 바이오마커：GFP보다 적색 쪽으로 발광 피크가 치우쳐 있어, 식물체 내에서 백그라운드 형광과 분리하기 쉬운 가능성

3. 반응성 코스메틱：온도 변화로 색소 배위가 이동하여, 연한 터키석~딥 그린으로 가역 전이

7. SNS의 열기

연구 공개 직후, 미국 화학 잡지 C&EN 공식 X 계정이 "This insect uses a protein to go green"이라고 게시. 일본의 과학 클러스터는 #곤충발색 으로 확산되어,

「GFP의 다음은 GBP(Grasshopper Green Protein)인가!」
「곤충 식품의 영양뿐만 아니라 색소까지 주목받는 시대」
등의 댓글이 수천 인상을 기록했다. 연구자 커뮤니티에서는 「'생물 유래의 DIC 카메라 필터를 만들 수 있을 것 같다'」라는 실무적인 목소리도 있었다. x.com

8. GFP 패밀리와의 비교로 보이는 진화의 묘미

해파리 유래 GFP는 β 배럴 안에 크로모포어를 자가 생성하지만, DBXN은 외부 색소를 운반・고정하는 서브유닛 집합체. **「자기 형광」 대 「타자 형광을 묶는」라는 대조적인 전략은 색을 얻는 방법이 하나가 아님을 보여준다. 더욱이 유전자 계통 분석에서는 비텔로게닌 단편이 '전단→축중→기능 전환'**하는 과정이 추정되어, 진화의 창의성을 엿볼 수 있다. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

9. 일본의 필드와 보전 과제

국내에 서식하는 근연종 야부키리와 카야키리도 녹색 체색을 가지고 있지만, 현재 시점에서 DBXN 유사 단백질은 미검출. 더위나 농약으로 개체 수가 해마다 감소하고 있어, **「체색 연구＋보전 교육」**을 동시에 진행할 필요가 있다. 야외 관찰회에서는 "녹색과 갈색의 개체 수 카운트"를 수행하는 시민 참여형 과학 프로젝트가 확대 중이다.

10. 결어――"녹색"을 둘러싼 분자 시학

잎이 되는 것을 연기하며 생존한다――그 뒤에는 잃어버린 난황 단백질이 색소를 안고 있는 조용한 드라마가 있었다. DBXN은 단순한 위장의 도구에 그치지 않고, "불필요해진 부품이 전혀 다른 기능을 띠며, 생물을 새로운 경치로 이끄는" 진화의 시 그 자체다. 앞으로 분자 공학자가 이 시를 어떻게 번역하여, 어떤 그린 테크놀로지로 엮어낼 것인가. 녹색 메뚜기의 작은 몸이 인류의 미래를 조금 더 밝은 녹색으로 물들일지도 모른다.

참고 문헌・정보 출처

• Phys.org “Study reveals protein that helps green bush crickets mimic green foliage” phys.org

• Chemical & Engineering News “This insect uses a protein to go green” cen.acs.org

• PNAS “A green dichromophoric protein enabling foliage mimicry in arthropods” & PDB 9KUE pubmed.ncbi.nlm.nih.govncbi.nlm.nih.gov

• Wikipedia「메뚜기」기타 기초 생태 정보 ja.wikipedia.org

• X (구 Twitter) 게시물 모음（C&EN 공식 외） x.com