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[생물다양성 보존] 복제된 동결 건조 피부를 사용하여 생물다양성 보존. 과학자들은 결국 세포를 보존하기 위한 성공적인 방법을 알아냈다. 핵심은 화학 부동액을 첨가하고 액체 질소의 중금속 탱크에 세포를 저장하는 것

박영숙세계미래보고서저자 | 기사입력 2022/11/22 [10:28]

[생물다양성 보존] 복제된 동결 건조 피부를 사용하여 생물다양성 보존. 과학자들은 결국 세포를 보존하기 위한 성공적인 방법을 알아냈다. 핵심은 화학 부동액을 첨가하고 액체 질소의 중금속 탱크에 세포를 저장하는 것

박영숙세계미래보고서저자 | 입력 : 2022/11/22 [10:28]

 

복제된 동결 건조 피부를 사용하여 생물다양성 보존

2022년 7월 17일

 

기후 변화, 삼림 벌채, 남획, 오염 및 기타 요인의 조합으로 생물 다양성 위기가 발생했습니다.

나쁜 날에는 200종이 멸종합니다.

현재 속도를 미래로 예측하면 금세기 말까지 모든 대형 포유류와 해양 생물의 50%가 사라질 수 있습니다.

그렇다면 이 위대한 도전을 어떻게 해결하시겠습니까? 최고의 인재 중 일부는 이러한 추세를 멈추기 위해(어떤 경우에는 역전시키기 위해) 끊임없이 노력하고 있습니다.

이 뛰어난 작업의 한 가지 예는 최근 일본 야마나시 대학의 과학자들이 동결 건조된 피부 세포에서 마우스를 복제하여 "생물 보존"의 문을 열었다는 발표입니다.

오늘 블로그에서는 이 연구의 흥미로운 결과를 요약하고 이것이 생물다양성을 보존하고 심지어 복원하기 위한 우리의 지속적인 투쟁에 어떤 의미가 있는지 논의할 것입니다.

(이 기사는 원래 Peter Diamandis가 Abundance Community 를 위해 채택한 SingularityHub 에 게재되었습니다 .)

도라미 더 마우스를 소개합니다

표면적으로 도라미는 그저 평범한 쥐에 불과했다.

그녀는 건강한 체중으로 자랐고 새끼를 낳았으며 두 번째 생일(인간 나이로 약 70세)에 자연사했습니다. 

한 가지를 제외하고는 Dorami는 동결 건조 세포에서 복제되었습니다. 그리고 아무 세포가 아니라 정자나 난자가 아닌 체세포(우리 몸을 구성하는 세포)에서 복제되었습니다.

Dorami는 생물다양성을 보존하기 위한 방법으로 복제를 사용하려는 수십 년 동안의 노력에 대한 최근의 시도입니다. 양 돌리 의 승리는   생식 세포를 사용하여 동물을 소생시키는 것이 가능하다는 것을 분명히 했습니다. 멸종된 동물을 복원하거나 현재의 동물을 바이오뱅킹하는 꿈은 그 이후로 과학자들의 상상력을 사로잡았습니다. 종의 DNA를 보존하는 강력한 방법 중 하나는 액체 질소에 정자를 저장하는 것입니다. 대략 화씨 -320도에서 세포는 몇 년 동안 제 시간에 동결될 수 있습니다.

하지만 한 가지 딸꾹질이 있습니다. 멸종 위기에 처한 동물의 생식 세포를 수집하는 것은 가볍게 말해서 매우 어렵습니다. 대조적으로 피부 세포 몇 개를 긁거나 털을 면도하는 것은 비교적 간단합니다. 이 세포에는 동물의 완전한 DNA가 포함되어 있지만 깨지기 쉽습니다. 

일본 야마나시 대학의 테루히코 와카야마 박사가 이끄는 새로운 연구는 정자에서 피부로 도약했습니다. 고급 레스토랑 셰프라면 누구나 자랑스러워할 고도로 기술적인 레시피를 개발하여 팀은 남녀 기증자 모두로부터 수집한 동결 건조된 체세포에서 75마리의 건강한 쥐를 성공적으로 복제했습니다. 도라미를 포함한 많은 자손들이 새끼를 낳았습니다.

성공률이 최대 5%, 최저 0.2%인 이 기술은 효율성과는 거리가 멉니다. 그러나 이 전략은 더 큰 그림을 향한 길을 개척합니다. 즉 멸종 위기에 처한 종의 유전 적 변이를 저장하고 잠재적으로 되 살릴 수있는 능력입니다.

Revive & Restore의 수석과학자인 Dr. Ben Novak에게  이 연구는 불완전함에도 불구하고 반가운 진전입니다. "보존의 관점에서 볼 때, 생식 가능한 조직 유형을 바이오뱅크에 저장하는 새로운 방법을 혁신하는 것은 큰 요구 사항입니다. 따라서 이러한 종류의 돌파구를 보는 것은 정말 흥미진진합니다."라고 그는  말했습니다 .

생물 보존 쿡쿡

세포는 까다로운 생물입니다. 풍선같은 벽에 연결된 작은 분자 공장이 있는 물 방울을 상상해 보십시오. 보호장치 없이 세포를 동결하면 수분 성분이 날카로운 얼음 결정을 형성하여 세포 내부 성분을 손상시키고 세포벽을 뚫을 수 있습니다. 핀쿠션이 새는 것처럼 정상 온도로 다시 가열되면 세포는 생존할 기회가 없습니다.

과학자들은 결국 세포를 보존하기 위한 성공적인 방법을 알아냈습니다. 핵심은 화학 부동액을 첨가하고 액체 질소의 중금속 탱크에 세포를 저장하는 것입니다. 세포는 탑 모양의 금속 케이지로 미끄러지는 상자 안의 작은 유리병에 매달려 있습니다. 세포 유형에 따라 수년간 보존할 수 있습니다.  

문제? 이 설정은 비용이 많이 들고 유지 관리가 어려우며 정전이 발생하기 쉽습니다. 모든 중단은 모든 샘플에서 치명적인 손실을 초래할 수 있습니다. 생물다양성을 위해 동물 근처에 이렇게 정교한 시설을 갖추는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 

더 좋은 방법이 있을 겁니다. 

몇 년 전, 와카야마는 셀 스토리지의 한계를 뛰어넘기 위한 캠페인을 벌였습니다. 그는 동결 건조라는 한 가지 구체적인 방법에 집중했습니다. 배낭 여행자와 우주 비행사에게 음식의 영양분을 보존하는 방법으로 주로 알려진 동결 건조 세포는 비교적 단순한 것으로 밝혀졌습니다. 세기의 전환기에 Wakayama와 그의 팀  은  번식을 위해 정자를 동결건조하는 것이 가능함을 보여주었습니다 . 그 제조법은 너무 강해서   국제우주정거장에서 수년 동안 정자가 주변 수준의 방사선에 노출되는 동안 살아 있게 했습니다. 또한   기후 조절 장치 없이  1년 동안  책상 서랍에 쳐박힌 후  살아있는 자손 으로 이어졌습니다.

체세포는 다른 문제입니다. 정자와는 달리 우리 몸을 구성하는 세포는 더 취약한 핵으로 DNA 구조를 감싸고 있는 물 분자에 훨씬 더 취약합니다. 동결되면 세포가 훨씬 더 많은 손상을 입을 수 있으므로 복제에 사용할 수 없게 됩니다.

"현재까지 동결 건조 후 자손을 낳은 유일한 세포는 성숙한 정자[정자]"라고 팀은 썼습니다.

새 레시피 만들기

새로운 작업은 불가능에 이르렀 습니다. 동결 건조된 체세포에서 동물을 복제할 수 있습니까?

첫 번째 실험에서 팀은 일반적으로 난자 세포를 지원하는 암컷 마우스에서 세포를 분리했습니다. 그들은 두 가지 보호 화학 물질에 세포를 던져 액체 질소에서 샘플을 동결 건조했습니다. 그것은 예쁘지 않았습니다. 모든 세포의 보호막이 부서졌고 비교적 온전한 DNA가 부서진 흔적이 있었습니다.

그런 다음 팀은 최대 8개월 동안 보관된 냉동 샘플을 다시 수화했습니다. 생명이 없는 가루에서 그들은 DNA를 담고 있는 씨앗과 같은 구조인 핵을 분리하고 그것을 유전 물질이 빠져나온 난자 세포에 이식했습니다. 그것은 한 책의 텍스트를 다른 책으로 대체하는 것과 같으며 생물학적 의미를 완전히 바꾸는 것과 같습니다. 

더 복잡해졌습니다. 이러한 초기 "편집된" 난자 세포는 DNA 및 후생유전학적 손상으로 인해 번식할 수 없었습니다. 해결 방법으로 팀은 세포를 사용하여 여러 배아 세포주를 형성했습니다. 이들은 회복력이 있는 일꾼이며 특히 DNA 손상을 교정하는 데 효율적입니다.

일단 번창하면 팀은 유전 물질을 빨아 들여 검은 털을 가진 쥐의 난자에 주입했습니다. 생성된 배아는 대리모인 흰 털을 가진 생쥐에서 발달하도록 남겨졌습니다. 그 결과 모든 새끼는 DNA 기증자의 반짝이는 검은 털을 갖게 되었고 완벽하게 정상적인 체중과 번식력을 갖게 되었습니다.

연구팀은 “성숙 후 일반 실험용 쥐와 교미할 복제 쥐 9마리와 수컷 3마리를 무작위로 선택했다”고 설명했다. 약 3개월 만에 복제된 모든 암컷 생쥐는 네 발, 수염, 생쥐 같은 습관이 온전한 다음 세대를 낳았습니다. 꼬리 끝의 피부 세포로 실험을 반복하면서 팀은 또 다른 10여 마리의 생쥐를 복제했습니다.

레시피가 정확히 계획대로 진행되지 않았습니다. 한 이상한 실험에서 팀은 수컷 쥐의 세포를 사용하여 다음 세대를 복제했고 모든 자손이 암컷이 되었습니다. 더 깊이 파고들자 그들은 어떻게든 생물학적 남성을 가리키는 Y 염색체가 그 과정에서 소실되어 온통 여성  인 Themyscira 섬으로 이어지는 것을 발견 했습니다.

저자들에게 그것은 그 과정에서 꼬임이지만 실제 사용을 위한 폭발은 아닙니다. 연구진은 “이러한 결과는 Y염색체 소실이 발생하더라도 멸종 위기에 처한 종과 같은 극한 상황에서 가용한 유전자원에 이 기술이 여전히 사용될 수 있음을 시사한다”고 말했다.

마지막 생각들

이 기술은 완벽하지 않습니다. 지루하고 성공률이 낮으며 여전히 에너지 그리드 오류가 발생하기 쉬운 냉동 보관 온도가 필요합니다. 

연구에 참여하지 않은 Hertfordshire 대학의 Alena Pance 박사에게 가장 중요한 질문은 유전 물질을 얼마나 오래 저장할 수 있는지입니다. "이 시스템이 종과 샘플의 효과적인 장기 보존을 제공하려면 이러한 조건에서 확장되고 무기한 저장을 보여주는 것이 가장 중요할 것입니다."라고 그녀는  말했습니다 .

저자는 더 많은 미스터리가 있다는 데 동의합니다. 신체는 정자에 비해 체세포의 DNA 손상을 복구하는 데 더 어려움을 겪을 수 있습니다. 유전자가 켜지거나 꺼지는 방식을 조절하는 그들의  후생유전학 도 불완전한 재프로그래밍으로 인해 엉망이 될 수 있습니다.

그러나 이것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 체세포는 특히 불임 또는 어린 동물의 경우 생식 세포에 비해 포획하기 쉽습니다. 더 쉽고 저렴하게 하는 것이 장점입니다. 연구팀은 이제 범위를 넓히기 위해 사체나 대변에서 유전 물질을 포착하는 방법을 찾고 있다.

고맙게도 이것은 생물다양성 위기를 해결하기 위해 전 세계의 과학자와 혁신가들이 사용하는 여러 접근법 중 하나입니다.

이 싸움의 또 다른 핵심 플레이어는 생물 다양성을 보존하기 위해 CRISPR 및 유전 공학을 혁신적인 방법으로 사용하는 멸종 복원 회사인 Colossal입니다.

궁극적으로 세상을 변화시킬 수 있는 가장 큰 잠재력을 지닌 여러 기술  의 결합된 힘이 될 것입니다.

 
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