[바이오리포트2020 (23)] 세포·분자생물학 혁신성과 TOP5

세포·분자생물학, 코로나19 연구에 중요성 부각돼

[사진=게티이미지뱅크]

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 연구에 필요한 지식 분야로 세포·분자생물학이 꼽힌다. 코로나19 백신 임상시험에서 환자의 근육 조직을 채취해 분자생물학적 분석을 통해 연구 성과를 확인한다. 또한, 인체 세포가 코로나19 바이러스와 결합해 변이가 일어난다는 사례도 나온 바 있다.

코로나19 연구 분야에 세포·분자생물학의 중요성이 부각되면서 독일 바이오·제약 연구 장비와 시약 공급업체인 ‘싸토리우스’(Sartorius)는 코로나19가 유행하기 전인 2019년 주목할만한 세포·분자생물학 분야에서 성과가 있는 TOP5를 선정했다.
 

하치모지 DNA

2019년 2월 미국 합성생물학 연구기업인 ‘파이어버드 바이오몰레큘라 사이언스’는 국제 학술지 사이언스지를 통해 ‘하치모지 DNA'를 발표했다.

하치모지는 일본어로 8글자라는 의미다. 인공적으로 4가지 핵염기를 합성해 자연적 핵염기 4가지와 합해 총 8개 핵염기로 DNA를 합성했다.

연구팀에 따르면 합성된 4가지 핵산은 P, Z, B, S로 Z는 P와 S는 B와 기본 쌍을 이룬다. 이 연구는 미국 나사(NASA)의 연구비 지원으로 시행됐으며 향후 인간 질병에 대한 새로운 진단과 DNA 기반 디지털 데이터 저장, DNA 기반 바코딩과 자체 조립 나노구조 등에 활용될 수 있다.

 

새로운 CRISPR 변형을 이용한 프라임에디팅 DNA

2019년 10월 미국 하버드, MIT 브로드연구소 연구팀은 네이처지를 통해 ‘프라임에디팅 DNA'를 발표했다.

연구팀은 4세대 유전자가위로 RNA를 활용해 새로운 유전자 서열 삽입을 가능하게 해 겸상 적혈구 빈혈을 유발하는 ‘점 돌연변이’를 수정하는 등 인간 세포에서 175개 이상의 프라임에디팅으로 게놈 편집을 수행했다. 점 돌연변이는 하나의 뉴클레오타이드가 변환돼 나타나는 돌연변이다.

연구팀은 프라임에디팅이 게놈 편집의 범위와 기능을 확장하고 질병 관련 유전자로 알려진 변이체의 최대 89%를 교정할 수 있을 것으로 기대했다.
 

이중 발현 면역세포

미국 존스홉킨스대학 연구팀은 2019년 5월 미국 셀지를 통해 ‘이중 발현 면역세포’를 소개했다.

연구팀은 제1형 당뇨병 환자에서 B세포 수용체와 T세포 수용체를 모두 발현하는 면역세포를 발견해 항원 결합 부위에서 CD4 T세포가 자가 항원을 코딩하는 펩타이드를 발현한다는 사실을 알아냈다.

이번 연구는 향후 이중발현 면역세포가 언제 어디서 발현되는지, 다른 자가면역질환 환자들에서의 새로운 면역세포 탐색 관련 연구, 인슐린과의 관계 규명 등을 도울 수 있다.
 

딥러닝 융합 현미경 관찰법(Microscopy)

2019년 11월 네이처 메소드는 딥러닝 알고리즘을 활용한 현미경 관찰법(Microscopy) 관련 논문 33개를 종합했다.

네이처 메소드는 브라이트필드 현미경 관찰을 기반으로 딥러닝을 활용해 3차원 현미경 이미지를 향상시키고 살아있는 세포의 성분을 분석할 수 있다고 전했다.

이 방법은 형광 현미경 관찰법보다 비용이 적게 들고 세포 광독성이 없는 장점이 있다. 하지만, 회색 음영으로 인한 내부 세포구조 교명 제한이 있다. 이 한계는 딥러닝 알고리즘을 이용하여 형광 현미경으로 보이는 방식을 모방해 극복할 수 있다.
 

라벨 없는 3D 세포 지도

스위스 로잔연방공과대학 연구팀은 학술지 ‘프로스 바이올로지’에 라벨없는 3D 세포지도를 발표했다.

라벨링이 필요하지 않고 낮은 광원을 사용해 이미지 중에 세포를 교란하지 않는 홀로-토모그래픽 현미경 관찰법을 활용해 컴퓨터 기반 이미지 분석을 통해 3D 세포지도를 완성할 수 있다.
 

[그래픽=김한상 기자]