디노피시스는 설사성 패류독소를 생성하는 주요 원인 생물로서, 조개 등 패류가 여과섭식시에 디노피시스의 독소를 체내에 축적하게 되고 이러한 패류를 사람이 섭취하게되면 설사 및 구토 등의 장애를 유발함

1935년에 Barker에 의해 처음으로 배양이 시도되었으나 실패하였으며, 이후 모든 배양시도가 실패하였음

실내 배양체로 확립할 수 없는 어려움때문에 이전의 모든 연구는 자연상태에서 세포들을 하나하나 뽑아서 연구하였고, 이 생물에 대한 자세한 연구를 진행할 수가 없었음

본 연구실에서는 세계 최초로 실내 배양체로 확립하는데 성공하여, 2006년 국제학술지 Aquatic Microbiol Ecology 에 발표하였음 (이 학술지의 첫 Feature Article로 선정됨)

디노피시스는 독성학적, 생태학적, 진화학적으로 다양한 측면에서 주목을 받고 있는 해양 와편모류임

색소체 절취 (kleptoplastidy) 현상이란 포식자가 조류세포 먹이를 섭취할때 그 먹이의 광합성 기관인 색소체(plastid)는 곧바로 소화시키지않고 일시적으로 보유하면서 자신의 것처럼 사용하는 현상을 일컬음

이러한 색소체 절취현상은 다양한 원생생물에서 발견되고 있으며, 내부공생(endosymbiosis)과 더불어 동물이 식물로 진화하는데 있어서 중요한 기작 중 하나로 여겨지고 있음

특히, 광합성을 하는 와편모류는 2차 내부공생을 통해 홍조류로부터 기원한 색소체를 가지고 있는 점이 전형적이나, 일부 와편모류에서는 독특하게도 3차 내부공생을 통해 착편모류(haptophytes), 규조류(diatoms), 은편모류(cryptophytes) 및 침편모조류(prasinophytes) 등으로 부터 기원한 색소체를 보유하고 있음. 이러한 이유들 때문에 다양한 진핵생물 중에서 와편모류는 색소체 내부공생 능력자 '챔피언'으로 불리우기도 함

와편모류 중에서 특히 디노피시스(Dinophysis)는 3차 색소체 내부공생 과정이 현재 진행중인 모델 연구생물로서 중요한 의미가 있음

본 연구실에서는 single-cell TEM (Transmission Electronic Microscophy) 기술을 이용하여 디노피시스가 먹이생물인 섬모류 Mesodinium rubrum (이것의 먹이는 은편모류)를 섭취하여 은편모류 기원의 색소체를 획득한 다음 구조변경을 통해 수개월간 보유하며 광합성을 수행한다는 점을 세계 최초로 규명하였음 (참조논문: Kim M, Nam SW, Shin W, Coats DW, Park MG (2012) Dinophysis caudata (Dinophyceae) sequesters and retains plastids from the mixotrophic ciliate prey Mesodinium rubrum. J Phycol 48:569-579)

주로 열대 및 아열대 해역에 서식하나 심지어 온대해역에서도 점차적으로 출현하고 있는 저서성(benthic)/착생(epiphytic) 와편모류임

대부분의 오스트리옵시스 속의 종들은 해조류(macroalgae), 산호초(coral reef), 돌, 모래 등에 착생하여(epiphytic) 서식하지만, 이들로부터 떨어져나와 수중에서 부유생활(free-living)을 하기도 함. 이러한 착생와편모류(epiphytic dinoflagellate)의 대표적인 생물로는 갬비어디스쿠스(Gambierdiscus), 오스트리옵시스(Ostreopsis), 쿨리아(Coolia), 앰피디니움(Amphidinium), 프로로센트룸(Prorocentrum) 등이 있음

오스트리옵시스(Ostreopsis)가 생성하는 독소로는 오바톡신(ovatoxins)과 펠리톡신 유사체(palytoxin analogues)가 있으며, 다양한 해양 생물들의(연체동물, 초식성의 극피동물, 물고기) 체내에 축적되기 때문에, 이런 생물들을 사람이 섭취하였을 경우 심한 근육통, 호흡곤란, 신경 마비를 일으킬 수 있고, 특히, 해안가에서 오스트리옵시스는 에어로졸(aerosol)로 확산되기도 때문에, 다양한 호흡기질환, 두통, 열, 시력저하, 피부염 등을 유발하기도 함

우리나라 해역에서는 2011년에 제주 연안에서 오스트리옵시스 속 생물의 첫 출현 보고가 있었으며, 이후 동해안, 추자도 등에서도 보고되고 있음

우리나라 해역에서는 Ostreopsis sp. 1과 Ostreopsis sp. 6가 출현하고 있음

본 연구실에서는 오스트리옵시스 개체군의 미스매치 분포분석(mismatch distribution analysis)을 통해서 제주해역에서는 이 생물이 유입되어 이미 안정단계에 있는 반면, 추자도와 포항해역에서는 지속적 유입 및 팽창이 일어나고 있음을 처음으로 규명하였음 (Lee and Park, 2020)

한편, 현장시료에서 분리한 오스트리옵시스는 세포내에 다양한 색깔(갈색, 자주색, 남록색)의 입자를 포함하고 있는 것을 흔하게 관찰할 수 있는데, 본 연구실에서는 이를 세포내에서 분리하여 유전자 분석을 통해 홍조류 기원의 먹이를 섭취한 결과임을 최초로 규명하였으며 (Lee and Park, 2018), 이러한 결과는 이 생물이 혼합영양을 하는 능력이 있음을 시사함

구석기-신석기-청동기-철기시대의 선사시대 이후 역사시대에서 현 시기는 플라스틱(plastic) 시대라고 부를 만큼 우리의 생활에서 매우 흔하고 밀접하게 플라스틱으로 만든 제품들을 사용하고 있음

플라스틱의 사용이 증가하면서 해마다 많은 양이 바다로 유입되어 해양생물들에 많은 피해를 주고있음

플라스틱 섭취를 통한 직접적인 피해 이외에도 다양한 간접적인 환경문제를 야기하고 있음

해양으로 유입된 (미세)플라스틱은 유해성 해양미생물들의 새로운 서식처를 제공하기도 함

최근 본 연구실에서 제주해협에서 채집한 (미세)플라스틱의 표면에 부착하여 서식하는 해양미생물들을 분석한 결과에 의하면 (Lee and Park, 2022), 유해성 기생생물 (parasites/pathogens) 및 균류 (fungi), 유해성 와편모류 (toxic and/or bloom-forming dinoflagellates) 등이 매우 풍부하게 존재하는 것을 확인하였으며, 이러한 결과는 (미세)플라스틱이 유해성 해양미생물들의 운반 벡터로 작용할 수 있음을 의미함

와편모류는 광합성을 하며 살아가는 독립영양방식, 다른 생물을 잡아먹고 사는 종속영양, 독립영양과 종속영양을 둘 다 할 수 있는 혼합영양방식, 다른 숙주생물에 기생하며 살아가는 기생영양(parasitism) 등 다양한 영양방식이 존재하는 매우 독특한 생물 그룹임

기생성 와편모류 Amoebophrya는 자신이 와편모류에 속하면서도 자신이 기생하며 살아가는 숙주(host) 생물이 자신과 동족인 와편모류라는 점에서 매우 독특한 생물임

기생성 와편모류 Amoebophrya는 적조를 일으키거나 독소를 생성하는 와편모류들을 포함해서 약 75종 이상의 와편모류들을 감염시키는 것으로 보고되고 있음 (Park et al., 2013)

생물학적 적조제어제로서 오랫동안 주목을 받아온 생물 그룹중의 하나임

여름철 우리나라 남해안에서 흔하게 적조를 일으키는 와편모류인 코클로디니움(Cochlodinium)이 기생성 와편모류 Amoebophrya에 의해 빈번하게 감염되는 경우가 보고되었으며 (Kim and Park, 2014; 왼쪽 사진), 향후 이 생물에 대한 많은 추가 연구가 요구됨

기생성 편모류 그룹인 Perkinsizoa는 과거에 조개류를 감염시켜 폐사에 이르게 하는 퍼킨수스(Perkinsus) 1 속(genus)으로 구성된 작은 그룹이었으나 최근 20여년 동안 많은 연구들을 통해 지금은 미생물인 해양 와편모류(dinoflagellates), 은편모조류(cryptophytes) 부터 조개류, 올챙이, 어류에 이르기까지 다양한 생물 분류군을 감염시키는 기생성 그룹으로 밝혀짐

와편모류를 감염시키는 기생생물 2 과(family) Parviluciferaceae와 Pararosariidae는 현재까지 총 10 종이 보고 되어 있으며 이들은 여러 와편모류 종들을 감염시키는 넓은 숙주범위를 가진 것으로 보고되고 있음

이들 또한 기생성 와편모류 Amoebophrya와 함께 생물학적 적조제어제로서 주목 받고 있음

우리나라 남해안(진해만)에서 와편모류 Akashiwo sanguinea가 기생성 편모류인 Parvilucifera infectans에 의해 감염이 보고 되어 있으며 (Jeon et al., 2018), 이를 포함하여 Tuberlatum coatsi, Parvilucifera multicavata, Pararosarium dinoexitiosum 기생생물 3종이 우리나라 연안에서 발견되어 신 종(new species)으로 보고 되었음 (Jeon and Park 2019, 2020, 2021)