완보동물의 주사 전자 현미경 사진(합성 이미지).

새로운 종은 전자 현미경으로 촬영한 이 Hypsibius sp. tardigrade와 외형이 비슷합니다. 출처: Robert Schuster/Science Photo Library

새롭게 발견된 완보동물 종은 과학자들에게 이 작고 여덟 개의 다리를 가진 생물이 방사선에 그토록 강한 이유를 설명해 주고 있다.

 

물곰으로도 알려진 완보동물은 인간의 치사량보다 거의 1,000배 높은 수준의 방사선을 포함한 극한의 환경을 견뎌낼 수 있는 능력으로 오랫동안 과학자들을 매료시켜 왔습니다. 알려진 완보동물 종은 약 1,500종이지만 잘 연구된 종은 극소수에 불과합니다.

 

이제 과학자들은 과학에 새롭게 등장한 종의 유전체를 시퀀싱하고 완보동물에게 놀라운 회복력을 부여하는 분자 메커니즘을 밝혀냈습니다. 10월 24일 Science 에 발표된 그들의 연구 는 방사선에 노출되면 더 활성화되는 수천 개의 완보동물 유전자를 식별합니다. 이러한 과정은 방사선이 일으키는 손상으로부터 DNA를 보호하고 발생하는 모든 손상을 복구하는 정교한 방어 시스템을 가리킵니다.

 

저자들은 이러한 통찰력이 우주 임무 중 우주인을 방사선으로부터 보호하고, 핵 오염을 정화하고, 암 치료를 개선하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.

"이 발견은 인간 세포의 스트레스 내성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있으며, 방사선 치료를 받는 환자에게 도움이 될 수 있습니다." 베이징 생명공학 연구소의 분자 및 세포 생물학자인 연구 공동 저자인 링치앙 장(Lingqiang Zhang)이 말했습니다.

 

보호 유전자

약 6년 전, 장과 그의 동료들은 이끼 샘플을 수집하기 위해 중국 허난성의 푸니우 산으로 모험을 떠났습니다. 실험실로 돌아와 현미경으로 관찰한 결과, 그들은 이전에 기록되지 않은 완보동물 종을 발견했고, 이를 Hypsibius henanensis 라고 명명했습니다 . 게놈 시퀀싱 결과, 이 종은 14,701개의 유전자를 가지고 있었으며, 그 중 30%는 완보동물에만 있는 유전자였습니다.

연구원들은 H. henanensis를 인간이 생존할 수 있는 수준을 훨씬 넘는 200그레이와 2,000그레이의 방사선량에 노출시켰을 때 DNA 복구, 세포 분열, 면역 반응에 관여하는 2,801개의 유전자가 활성화되는 것을 발견했습니다.

 

"전쟁 때 공장을 개조해서 군수품만 만드는 것과 비슷합니다. 유전자 발현이 작동하는 방식을 재조정하는 수준과 거의 같습니다." 25년 동안 완보동물을 연구해 온 노스캐롤라이나 대학교 채플힐 캠퍼스의 세포 생물학자인 밥 골드스타인은 이렇게 말합니다. "생물이 유전자 발현을 어떻게 바꿔서 특정 유전자에 대한 전사본을 그렇게 많이 만드는지에 대해 매료되었습니다."

 

TRID1 이라는 유전자 중 하나는 손상된 부위에 특수 단백질을 모집하여 DNA의 이중 가닥 손상을 복구하는 데 도움이 되는 단백질을 인코딩합니다. 골드스타인은 "제가 아는 한, 아무도 연구하지 않은 새로운 [유전자]입니다."라고 말합니다.

 

연구자들은 또한 완보동물 유전자의 0.5~3.1%가 수평적 유전자 전이라고 알려진 과정을 통해 다른 유기체로부터 획득되었다고 추정합니다. 박테리아에서 획득된 것으로 보이는 DODA1 이라는 유전자 는 완보동물이 베탈라인이라는 네 가지 유형의 항산화 색소를 생성할 수 있게 합니다. 이 색소는 방사선이 세포 내부에 형성하게 하는 유해한 반응성 화학 물질 중 일부를 제거할 수 있으며, 이는 방사선의 손상 효과의 60~70%를 차지합니다.

 

연구자들은 완보동물의 베탈레인 중 하나로 인간 세포를 처리한 결과, 이 세포들이 처리하지 않은 세포보다 방사선 생존력이 훨씬 더 높다는 것을 발견했습니다.

 

유효기간 없음

극한의 기온, 공기 결핍, 탈수, 기아와 같은 다른 혹독한 환경을 완보동물이 견딜 수 있게 하는 분자적 메커니즘을 연구하는 것은 광범위한 응용이 있을 수 있습니다. 예를 들어 백신과 같은 깨지기 쉬운 물질의 유통기한을 개선할 수 있습니다. 골드스타인은 "모든 약에는 유통기한이 있지만 완보동물에는 없습니다."라고 말합니다.

 

코펜하겐 대학교의 동물 생리학자인 나자 묄비에르그(Nadja Møbjerg)는 이러한 메커니즘을 다른 완보동물 간에 비교하는 것이 이 연구의 중요한 부분이라고 덧붙였습니다. 그녀는 "우리는 여전히 다양한 완보동물 종에 대한 지식이 부족합니다."라고 말합니다.

골드스타인은 이 동물들은 "아마도 더 많이 쏟아져 나올 보호제의 원천을 가지고 있어서 이해하기에 유용하고 흥미로울 것"이라고 말합니다. "우리는 그것들이 어떻게 작동하는지, 그리고 그것들이 어떤 잠재력을 가지고 있는지 이해하고 싶습니다."