기후 변화, 삼림 벌채, 남획, 오염 및 기타 요인이 결합하여 생물 다양성 위기가 발생했다. 나쁜 날에는 200종이 멸종한다. 현재의 비율을 미래에 예측한다면 금세기 말까지 모든 대형 포유류와 해양 생물의 50%가 사라질 수 있다.

 

그렇다면 이 거대한 도전을 어떻게 해결하시겠는가? 최고의 인재 중 일부는 이러한 추세를 멈추고 어떤 경우에는 역전시키기 위해 지칠 줄 모르고 노력하고 있다.

 

이 뛰어난 작업의 한 예는 일본 야마나시 대학의 과학자들이 동결 건조된 피부 세포에서 생쥐를 복제하여 "생물학적 보존"의 문을 열었다는 최근 발표이다.

 

이 연구의 흥미로운 결과를 요약하고 이것이 생물다양성을 보존하고 심지어 복원하기 위한 우리의 지속적인 투쟁에 어떤 의미가 있는지 논의해 보자.

 

생쥐 도라미를 소개한다.

 

표면적으로 도라미는 평범한 쥐였다.

 

그녀는 건강한 체중으로 성장했고 새끼를 낳고 두 번째 생일이 되자 자연사했다. 인간 나이로 약 70세이며 실험용 쥐로서는 전혀 예외가 아니다.

 

한 가지를 제외하고: 도라미는 동결 건조된 세포에서 복제되었다. 그리고 그녀는 정자나 난자가 아닌 체세포(우리 몸을 구성하는 세포)에서 복제되었다.

 

도라미는 생물다양성을 보존하기 위한 방법으로 복제를 사용하려는 수십 년간의 노력에 대한 최신 진출이다. 돌리 양의 승리는 생식 세포를 사용하여 동물을 소생시키는 것이 가능하다는 것을 분명히 했다. 멸종된 동물을 복원하거나 현재 동물을 바이오뱅킹하는 꿈은 그 이후로 과학자들의 상상력을 사로잡았다. 종의 DNA를 보존하는 한 가지 강력한 방법은 정자를 액체 질소에 저장하는 것이다. 대략 화씨 -320도에서 세포는 몇 년 동안 동결될 수 있다.

 

그러나 한 가지 문제가 있다. 멸종 위기에 처한 동물에서 생식 세포를 수집하는 것은 간단히 말해서 매우 어렵다. 대조적으로, 피부 세포 몇 개를 긁거나 털을 면도하는 것은 비교적 간단하다. 이 세포에는 동물의 완전한 DNA가 포함되어 있지만 깨지기 쉽다.

 

일본 야마나시 대학의 Teruhiko Wakayama 박사가 이끄는 새로운 연구는 정자에서 피부로 도약했다. 고급 식당 요리사가 자랑스러워할 고도로 기술적인 레시피를 개발하여 팀은 남성과 여성 기증자 모두로부터 수집한 동결 건조 체세포에서 75마리의 건강한 생쥐를 성공적으로 복제했다. 도라미를 포함한 많은 자손은 계속해서 자신의 새끼를 낳았다.

 

최대 약 5%의 성공률(최저 0.2%)의 성공률로 이 기술은 효율적이지 않다. 그러나 이 전략은 더 큰 그림, 즉 거의 멸종 위기에 처한 종의 유전적 변이를 저장하고 잠재적으로 소생시키는 우리의 능력을 향한 길을 개척한다.

 

Revive & Restore의 수석 과학자인 Ben Novak 박사에게 이 연구는 불완전함에도 불구하고 환영할만한 진전이다. “보존의 관점에서, 재생산 가능한 조직 유형을 바이오뱅크로 만드는 새로운 방법을 혁신하는 것은 큰 필요이다. 따라서 이러한 종류의 돌파구를 보는 것은 정말 흥미진진하다.”라고 그는 말했다.

 

생물 보존 요리

 

세포는 까다로운 생물이다. 풍선 같은 벽에 연결된 작은 분자 공장이 있는 물방울을 상상해 보자. 보호 장치 없이 세포를 동결하면 수분 성분이 날카로운 얼음 결정을 형성하여 세포 내부 구성 요소를 손상시키고 세포벽에 구멍을 낼 수 있다. 새는 핀쿠션과 같이 정상 온도로 다시 가열되면 세포는 생존할 기회가 없다.

 

과학자들은 결국 세포를 보존하기 위한 성공적인 방법을 알아냈다. 핵심은 화학 부동액을 추가하고 액체 질소의 중금속 탱크에 세포를 저장하는 것이다. 세포는 탑과 같은 금속 케이지로 미끄러지는 상자 안의 작은 바이알에 매달려 있다. 세포 유형에 따라 수년간 보존될 수 있다.

 

문제는? 이 설정은 비용이 많이 들고 유지 관리가 어려우며 정전이 발생하기 쉽다. 모든 중단은 모든 샘플에서 치명적인 손실을 초래할 수 있다. 생물 다양성을 위해 동물 근처에 그러한 정교한 설정을 갖는 것이 항상 가능한 것은 아니다.

 

더 나은 방법이 있을 것이다.

 

몇 년 전 Wakayama 박사는 세포 보관의 한계를 뛰어넘기 위한 전쟁에 나섰다. 그는 한 가지 구체적인 방법인 동결 건조에 집중했다. 배낭 여행자와 우주 비행사에게 음식의 영양소를 보존하는 방법으로 주로 알려진 동결 건조 세포는 비교적 간단한 것으로 나타났다. 세기의 전환기에 Wakayama와 그의 팀은 생식을 위해 정자를 동결 건조하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다. 그 제조법은 매우 강력하여 국제 우주 정거장에서 수년 동안 정자를 살아 있게 하면서도 주변 수준의 방사선에 노출되었다. 또한 온도 조절 장치 없이 1년 동안 책상 서랍에 던져진 후 살아 있는 자손을 낳았다.

 

체세포는 다른 문제이다. 정자와 달리 우리 몸을 구성하는 세포는 더 연약한 핵을 가진 DNA 구조를 껴안고 있는 물 분자에 훨씬 더 취약하다. 동결되면 세포가 훨씬 더 많은 손상을 입을 수 있어 복제에 사용할 수 없게 된다.

 

연구팀은 “현재까지 동결건조 후 자손을 낳은 세포는 성숙한 정자(정자)뿐”이라고 썼다.

 

새로운 레시피 만들기

 

새로운 작업은 불가능했다. 동결 건조된 체세포에서 동물을 복제할 수 있을까?

 

첫 번째 실험에서 팀은 일반적으로 난자 세포를 지지하는 암컷 쥐의 세포를 분리했다. 그들은 두 가지 보호 화학 물질에 세포를 던지고 액체 질소에서 샘플을 동결 건조했다. 그것은 아름답지 않았다. 모든 세포의 보호막이 부서졌고 산산조각이 났지만 비교적 온전한 DNA의 흔적이 있었다.

 

그런 다음 팀은 최대 8개월 동안 보관한 후 냉동 샘플을 재수화했다. 그들은 생명이 없는 가루에서 DNA가 들어 있는 종자와 같은 구조인 핵을 분리하고 유전 물질을 빨아들인 난자 세포에 이식했다. 그것은 한 책의 텍스트를 다른 책으로 대체하는 것과 같다. 즉, 생물학적 의미를 완전히 바꾸는 것과 같다.

 

더 복잡해졌다. 이러한 초기 "편집된" 난자 세포는 아마도 DNA와 후성 유전적 손상으로 인해 번식할 수 없었다. 해결 방법으로 팀은 세포를 사용하여 여러 배아 세포주를 형성했다. 이들은 회복력이 있는 일꾼이며 특히 DNA 손상을 교정하는 데 효과적이다.

 

일단 번성하면 팀은 유전 물질을 빨아들여 검은 털을 가진 쥐의 알에 주입했다. 결과로 나온 배아는 흰 털을 가진 생쥐(대리모)에서 발달하도록 남겨졌다. 결과적으로 태어난 모든 새끼는 완벽하게 정상적인 체중과 번식력을 가진 DNA 기증자의 반짝이는 검은 털을 가졌다.

 

"성숙 후, 우리는 일반 실험용 쥐와 교미하기 위해 무작위로 암컷 9마리와 수컷 3마리를 선택했다."라고 연구팀은 설명했다. 약 3개월 만에 복제된 모든 암컷 쥐는 네 발, 수염, 쥐 같은 습관이 손상되지 않은 채 다음 세대를 낳았다. 꼬리 끝의 피부 세포로 실험을 반복하면서 연구팀은 또 다른 12마리 정도의 쥐를 복제했다.

 

레시피는 계획대로 정확히 진행되지 않았다. 한 이상한 실험에서 팀은 수컷 쥐의 세포를 사용하여 다음 세대를 복제했고 모든 자손이 암컷이 되었다. 더 깊이 파고들면서 그들은 생물학적 남성을 가리키는 Y 염색체가 그 과정에서 어떻게해서든 사라지고 여성으로만 구성된 테미스키라 (Themyscira) 섬이 있다는 것을 발견했다.

 

저자에게 그것은 과정의 꼬임이지만 실제 사용을 위한 폭발은 아니다. "이러한 결과는 Y 염색체 손실이 발생하더라도 이 기술이 거의 멸종된 종과 같은 극한 상황에서 여전히 가용한 유전자원에 사용될 수 있음을 시사한다"고 그들은 말했다.

 

마지막 생각들

 

기술은 완벽하지 않다. 지루하고 성공률이 낮으며 여전히 에너지 그리드 오류가 발생하기 쉬운 냉동고 보관 온도가 필요하다.

 

연구에 참여하지 않은 Hertfordshire 대학의 Alena Pance 박사에게 가장 중요한 질문은 유전 물질을 얼마나 오래 저장할 수 있는지이다. 그녀는 "이 시스템이 종과 표본을 효과적으로 장기간 보존하려면 이러한 조건에서 무기한 연장된 저장을 보여주는 것이 가장 중요할 것"이라고 말했다.

 

저자는 더 많은 미스터리가 있다는 데 동의한다. 신체는 정자에 비해 체세포의 DNA 손상을 복구하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있다. 유전자가 켜지거나 꺼지는 방식을 조절하는 후성 유전학도 불완전한 재프로그래밍으로 인해 엉망이 될 수 있다.

 

그러나 이것은 첫 번째 단계에 불과하다. 체세포는 특히 불임 또는 어린 동물의 경우 생식 세포에 비해 포획이 더 쉽다. 더 쉽고 저렴하게 할 수 있다는 것이 장점이다. 연구팀은 현재 범위를 넓히기 위해 사체나 대변에서 유전 물질을 포착하는 방법을 찾고 있다.

 

고맙게도 이것은 전 세계의 과학자와 혁신가들이 생물다양성 위기를 해결하기 위한 여러 접근 방식 중 하나이다.

 

이 싸움의 또 다른 핵심 플레이어는 생물다양성을 보존하기 위해 혁신적인 방식으로 CRISPR 및 유전 공학을 사용하는 멸종 위기 제거 회사인 Colossal이다.

 

궁극적으로 세상을 변화시킬 가장 큰 잠재력을 지닌 여러 기술의 결합된 힘이 된다.