환경 DNA로 적조-어류 질병 발생을 예측한다

연구 개요

에히메현은 해수 양식이 활발하게 이루어지고 있으며, 어류 양식 생산량은 전국 1위, 진주조개 및 진주 양식 생산량도 톱 클래스를 자랑한다. 특히 에히메현 서남부에 위치한 난예 지방의 해안은 복잡한 리아스식 해안의 지형으로 파도가 잔잔한 반면, 1년에 몇 번씩 흑조(黒潮)에서 유래한 ‘급조(急潮)’라는 역동적인 조류의 움직임으로 해수가 정화되기 때문에 양식 어장으로서 최적의 환경을 갖추고 있다. 그러나 돌발적인 적조와 만성적인 어패류 질병(어병)의 발생은 양식 어패류의 대량 폐사 및 품질 저하를 유발하며, 우와해에서만 연간 수억~수십억 엔의 어업 피해가 발생하는 것으로 추정된다.

적조는 바닷물 속 플랑크톤, 특히 식물성 플랑크톤이 증식해 바닷물이 착색되는 현상이다. 그 중에서도 유해 적조 플랑크톤이라는 종류가 증식하면 양식 어패류의 아가미 손상 등을 일으켜 어패류가 쇠약해지거나 폐사하는 원인이 된다. 기존에는 양식장에서 해수의 착색이 발견되면 지자체 등 검사기관에 가져가 현미경으로 관찰해 유해종 여부를 판단했다. 하지만 이때는 이미 적조 해역이 어장으로 확대된 경우가 많아 적조 대응이 늦어져 큰 피해로 이어지는 경우가 많다. 또한 어병의 경우에도 양식장에서 폐사한 어류는 검사기관에서 병리검사를 받고 원인 병원균의 종류 등에 따라 대책을 마련하고 있습니다. 하지만 그 시점에는 이미 어장 내에 질병이 만연해 있는 경우가 많아 대량 폐사나 장기화, 품질 저하 등으로 이어진다.

이러한 적조나 어병은 해수의 색깔이나 양식 어패류의 모습만 보면 갑자기 발생한 것처럼 느껴진다. 그러나 실제로는 유해 적조 플랑크톤이나 병원균이 바닷물 속에서 저농도 상태에서 서서히 증가하다가 이후 적조화나 증상 발현으로 육안으로 확인할 수 있게 된다. 따라서, 유해 플랑크톤의 증식이나 병원균의 발생을 발현되기 전 초기 단계에서 발견할 수 있다면, 생산자는 적조나 어병 발생 전 또는 발생 직후에 적조 및 어병에 대한 대책을 세울 수 있게 되어 어업 피해를 크게 줄일 수 있습니다. 이에 우리 연구진은 유해 적조 플랑크톤과 어병 병원체의 유전자 검출 기술을 확립하고, 양식 해역에 존재하는 이들 유해 미생물을 모니터링하는 적조-어병 고감도 조기 검출 시스템을 개발하였다.

연구의 특징

현미경 관찰을 통한 유해 플랑크톤 검사는 검출을 위해 1mL당 1세포 이상의 세포 밀도가 필요하며, 유사한 다양한 플랑크톤 중에서 유해종을 판별하는 숙련된 기술을 필요로 한다. 또한 병원균에 대해서도 매우 작은 생물이기 때문에 광학 현미경으로 검출하기 어렵습니다. 이처럼 현미경으로는 바닷물 속 미생물 검출이 어렵지만, 바닷물에는 그곳에 서식하는 다양한 생물의 DNA, 이른바 ‘환경 DNA’가 존재한다고 알려져 있으며, 최근 물 환경 속 생물상 파악이나 생물량 정량 등에 활용되고 있다. 본 연구는 이 ‘환경 DNA’에 주목하여 양식 해역에 존재하는 ‘환경 DNA’에 포함된 유해 미생물의 유전자 분석 기술을 이용하여 적조나 어병이 나타나기 전 매우 낮은 농도의 단계부터 유해 미생물을 검출하고, 이를 조기 발견 및 발생 예측으로 이어진다는 점이 큰 특징입니다. 특히 적조 플랑크톤의 경우, 실제 우와해 해역의 모니터링에서 카레니아 미키모토이, 코클로디니움 폴리클리코이데스라는 유해 플랑크톤이 적조가 발생하기 전부터 유전자량이 증가하는 모습을 포착하여 적조 조기 발견 및 발생 예측에 효과적임을 확인하였습니다. 되었습니다.

본 연구는 또한 정보 발신 시스템을 통해 생산자에게 신속하게 정보를 발신하는 것도 큰 목적이다. 현재 적조 조기 발견 정보는 아이난초가 운영하는 ‘ 아이난초 수역 정보 포털 ‘을 이용해 생산자에게 제공하고 있다. 또한, 에히메현과 본교 연안환경과학연구센터 및 이공계 대학원과 공동으로 구축한 우와해 해황정보 서비스 ‘ You see U-sea ‘에서는 우와해의 실시간 수온정보와 함께 적조 정보를 널리 알려 조기 대응에 도움이 될 수 있도록 노력하고 있다.

연구의 매력

식물성 플랑크톤이나 병원균 등은 육안으로 볼 수 없는 아주 작은 미생물이지만, 본 연구를 통해 해양 환경에서의 역동적인 움직임을 감지할 수 있다는 점이 매력 중 하나입니다. 또한 우리가 연구를 진행하고 있는 ‘난예수산연구센터’는 수산업이 발달한 에히메현 아이난마치에 설치되어 있어 수산 현장과 매우 가까워 지역 생산자, 수협, 현과 마을 등 지자체, 학내외 연구기관과 긴밀하게 협력하여 연구를 진행할 수 있습니다. 실제로 이 연구도 지역 생산자와의 대화를 통해 적조 및 어병 대책에 대한 연구개발을 원하는 목소리를 듣고 시작한 연구로, 모니터링을 위한 정기적인 채수 등도 현장의 협조를 받아 진행하고 있습니다. 이처럼 수산 현장의 의견을 직접 듣고, 서로 협력하면서 연구를 진행하고 실용화로 이어갈 수 있다는 것도 큰 매력입니다.

향후 전망

그동안 유전자 정보를 활용한 유해 적조 플랑크톤 모니터링으로 적조 발생 이전부터 조기 발견이 가능했다. 앞으로는 ‘ 아이난마치 수역정보 포털 ‘과 ‘ You see U-sea ‘에서 얻은 수온, 해류, 기상 등 플랑크톤과 양식 어류를 둘러싼 환경 조건의 변화와 함께 검증하여, 고정밀 적조-어병 발생 예측 시스템 구축으로 이어지길 희망합니다. 또한, 이러한 적조 조기 발견 및 발생 예측 시스템을 기반으로 조기 대응을 위한 적조 방제제 개발에도 힘쓰고자 합니다. 또한, 어병과 관련해서는 병원체 유전자 모니터링 외에도 어류의 생리적 상태 변화나 다양한 환경 DNA 등의 변화를 통해 어병 발생을 예측하는 연구를 진행하고 있으며, 지속적이고 안정적인 양식업에 기여할 수 있는 연구를 하고자 합니다.

이 연구를 희망하는 사람들에게 메시지

‘수산학’이라고 하면 식탁에 오르는 수산물만을 연구하는 학문이라는 이미지가 있다. 하지만 실제로는 어패류를 만들고 키우기 위한 환경의 유지와 리스크 관리도 양식 생산에 있어 중요한 과제가 되고 있습니다. 바다에 둘러싸여 수산업을 직접 체험할 수 있는 ‘남예수산연구센터’에서 해양환경에 대해 함께 고민해보자!