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단일 세포 (Single cell) 실험의 중요성 증대!

  • AD 최고관리자
  • 조회 2434
  • 2013.12.12 09:46

지금까지 발표된 엄청난 양의 과학적 연구 결과들에 따르면, 세포의 생화학적 특징을 규명하기 위해 엄청난 양의 세포들을 파괴하여 원하는 요소들을 균질화한 샘플들을 준비하는 것이 일반적이었다. 이런 연구를 통해서 많은 것들을 알게 된 것은 자명한 사실이다. 하지만, 최근 단일 세포를 모니터하는 것이 가능해졌고, 연구자들은 전통적으로 사용되어 온 수많은 세포의 평균 값으로 세포의 상태를 나타내는 것이 단일 세포의 특성을 나타내는 데에 얼마나 큰 정확도를 가지는지에 대한 실험을 수행할 수 있게 되었다.
이러한 단일 세포에 대한 측정은 가치 있는 정보를 제공하는데, 섭동 또는 신호 자극이 주어졌을 때 세포가 어떻게 반응을 하는지에 대해 예상치 못한 결과나 지금껏 알려지지 않은 수 많은 사실을 제공하고 있다. 이러한 특별한 분야에서 최근 발표된 세 편의 리뷰 논문은 개별적인 세포의 효소 활동, 전사반응(transcriptional response), 신진대사 상태를 측정하는 것이 가능해질 때나 밝혀질 법한 세포 조절에 대한 기본적인 통찰의 예시를 선보이고 있다.

단일 세포 측정의 명백한 장점은, 비슷하거나 구별되는 조건에서도 개별 세포의 반응의 잡음(noise) 또는 변화를 측정하는 것이 가능하다는 것이다. 많은 예를 통해서도 증명되었지만, 세포 반응 과정을 시간에 따라 모니터할 수 있다. 특히 유전자 전사 과정은 세포에 따라 RNA 합성체 폭발로 인해 더욱 더 많은 잡음을 가질 수 있다. 즉, 현재 과학자들의 관심을 받고 있는 기본적인 의문은 이러한 시스템의 자연적 특성에 기초한다. 아마도 반응의 다양함은 자원을 보전하거나, 변화된 환경에서 특정 세포들의 생존을 보장하는 등의 장점과 관련이 있을 것이다.
다른 한편으로 이것은 분석에 적은 수의 분자들을 이용하는 것과 불가피한 변동성처럼 효소의 특성을 규정짓는 것에 대한 생물물리적 제약일지도 모른다. 산체스(Sanchez)와 골딩(Golding)은 박테리아에서 동물 세포에 이르기까지의 모델 시스템에 대한 최근 연구를 리뷰하고 있다. 그들의 연구는 DNA에서 촉진제 시퀀스의 구조가 전사의 운동학적 특성에 암호화될 것인지 여부를 해결하고자 하는 것이었고, 이러한 현상은 게놈 도처에서 서로 다르게 나타나거나, 혹은 세포 도처에 보다 전반적인 제약을 부가하는 물리적 생물물리적 특성에 의해 결정될지도 모른다는 것이다.

레바인(Levine) 등은 이전에 알려지지 않은 다른 현상에 대해 연구하였다. 단백질 활동에 대한 연속적인 측정을 통해 동시에 존재하지 않는 맥동 반응이 상당수 있다는 것을 보였고, 이것은 여러 세포를 통한 평균 값을 구하는 측정 방식에서는 나올 수 없는 결과이다. 연구진은 리뷰 논문에서 이러한 반응을 만들기 위해 세포 회로가 어떻게 연결되어 있는지, 이러한 통제 시스템의 장점은 무엇인지에 대해 논의하였다.

제노비(Zenobi)는 특히 질량분석법(mass spectrometry)에 대한 방법론적인 진보를 이루어냈으며, 이를 통해 단일 세포 내 엄청나게 많은 분자 요소들을 양적으로 평가할 수 있게 되었다. 빠르게 변화하는 단일 세포의 신진대사 상태 특성을 동시에 측정하는 것을 목표로 해결해야 할 도전 과제가 아직도 많이 남은 상태이다. 그러나 이번에 소개된 새로운 통찰들은 본 분야에 대한 희망을 주며, 단일 세포에 숨겨져 있는 특징 및 이에 대한 새로운 지식을 계속 쌓아가는 노력이 지속된다면 우리는 현재 해결하지 못한 의문들을 머지않은 미래에 해소할 수 있을 것이다.


출처 : http://www.sciencemag.org/content/342/6163/1187 / KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2013-12-12

실험, 단일세포
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