생명/의료

성체 줄기세포로 생쥐 체외 "인공 랑게르한스섬" 구축

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당뇨병은 인류 건강을 위협하는 3대 주요 만성 비감염성 질병 중 하나이다. 랑게르한스섬 베타 세포 기능 장애는 인슐린 분비 불충분을 초래하며 많은 환자는 평생 인슐린 치료를 필요로 한다. 최근 랑게르한스섬 이식이 새로운 당뇨병 치료 방법으로 떠오르지만 랑게르한스섬 공여자의 심각한 부족으로 보급이 어렵다. 중국과학원 분자세포과학탁월혁신센터 쩡이(曾艺) 연구팀은 실험용 생쥐를 이용한 실험을 통해 성공적으로 생쥐 랑게르한스섬의 줄기세포 분류군을 감정하고 줄기세포 체외 배양 방법으로 생쥐 "인공 랑게르한스섬"(랑게르한스섬류 기관)을 획득함으로써 인체 "인공 랑게르한스섬" 연구를 위한 이론적 근거와 기술적 지원을 마련했다. 해당 성과는 "Cell"에 게재되었다. 이식에 사용할 수 있는 랑게르한스섬 베타 세포를 지속적으로 획득하는 방법은 무엇일가? 한 가지 방법은 장기 또는 조직 자체의 성체 줄기세포를 이용하여 체외에서 유사 기능을 보유한 장기를 "모조"하는 방법이다. 장기 특유의 성체 줄기세포는 "천연" 분화 경로를 따르고 체외의 적절한 배양 조건에서 자기재생과 분화를 통해 해당 장기의 기능 세포를 형성한다. 성체 줄기세포에 기반하여 획득한 이러한 유형의 "인공" 장기의 안전성과 조작 단순성은 이미 장(肠道)을 포함한 여러 시스템에서 검증 받았다. 그러나 랑게르한스섬의 성체 줄기세포 존재 여부는 논란의 여지가 있다. 랑게르한스섬 줄기세포를 발견하고 감정하는 것은 기능성 랑게르한스섬류 장기를 배양하는 선결 조건이자 또한, 장기적인 어려움이다. 연구팀은 생쥐를 이용하여 랑게르한스섬의 성체 줄기세포를 찾는 과정에서 실험용 생쥐에서 한 그룹의 새로운 세포 유형인 Procr+ 세포를 발견했다. 해당 세포 그룹이 기존에 알려진 랑게르한스섬 분화 세포와 완전히 다르고 미분화 상태에 있을 가능성이 있음을 확인한 후, 연구팀은 실험을 통해 Procr+ 세포가 체내의 정상적인 생리 상태에서 랑게르한스섬의 모든 세포 유형으로 분화 형성 할 수 있음을 발견함과 아울러 해당 그룹 Procr+ 세포가 랑게르한스섬의 성체 줄기세포임을 입증했다. 체내 발견을 체외 응용으로 전환하기 위하여 연구팀은 3D 배양 시스템을 구축하여 성공적으로 기능성 생쥐 랑게르한스섬류 기관을 획득했다. 체외에서 "복제"한 "인공 랑게르한스섬"은 랑게르한스섬의 모든 세포 유형을 포함하고 진짜 생쥐 랑게르한스섬 기능, 형태 등 방면이 모두 아주 유사했으며 당 자극에 신속하게 반응하고 인슐린을 분비할 수 있다. 또한, 이러한 생쥐 랑게르한스섬류 기관은 체외에서 20대 이상까지 대대로 "번식"할 수 있으며 매번 번식에서 3~7배의 세포 수 증가를 유지한다. 즉, 하나의 "인공" 장기는 매주 한 세대 번식하며 매 세대는 3~7개의 "후대"를 번식할 수 있다. 장기간 배양한 이러한 유사 장기를 당뇨병 생쥐 내에 이식한 경우, 생쥐의 혈당 수준이 회복되고 당뇨병 증상이 경감되었다. 이는 Procr+ 랑게르한스섬 줄기세포의 응용 잠재력을 입증한다. 해당 연구는 최초로 생쥐 랑게르한스섬의 성체 줄기세포의 "신분"을 감정하였고 장기간 성체 랑게르한스섬의 줄기세포 존재 여부를 둘러싼 논쟁에 답하였으며 줄기세포 기초 연구의 획기적인 성과이다. 해당 연구에서 구축한 생쥐 랑게르한스섬류 기관 배양 시스템은 체외 모델로 하여 생리 및 병리 조건에서의 랑게르한스섬 세포의 증식, 분화 및 미세환경과의 상호작용을 연구할 수 있으며 향후 체외에서 대량의 기능성 인간 랑게르한스섬 베타 세포를 획득하기 위한 새로운 방향을 개척했다. 그러나 현재 연구는 생쥐 모델에서 취득한 성공일 뿐, 인체의 랑게르한스섬의 성체 줄기세포 존재 여부 및 체외 랑게르한스섬 배양 가능 여부는 심층 연구가 필요하다.

2.52억 년 전 페름기 말기 식물 대멸종 사건에 대한 새 관점

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윈난(雲南)대학교 펑줘(馮卓) 연구팀은 페름기 말기 생물 대멸종 연구에서 다양한 위도 식물지리구계가 대멸종 사건에 대해 서로 다른 반응을 보일 수 있기에 단일 메커니즘으로 해당 사건이 지구생태계에 미치는 영향을 해석할 수 없다는 새 관점을 제안했다. 해당 성과는 "Earth-Science Reviews"에 게재됐다. 45억 년이 넘는 지구 진화사에서 생물 대멸종 사건이 여러 번 발생했다. 그 중에서 2.52억 년 전 페름기 말기 생물 대멸종은 가장 큰 규모로 매우 짧은 시간 내에 95% 이상의 해양 종(Species)과 75% 이상의 육상 척추동물이 멸종했다. 따라서 생물계는 고생대 진화 생물형에서 현대 진화 생물형으로의 전환을 완료함으로써 생물계 진화에 매우 심각한 영향을 주었다. 연구팀은 "페름기 말기 대멸종 사건과 육상식물 진화"라는 과학적 문제를 둘러싸고 대량의 야외조사 및 실내 연구를 수행했다. 20여 개 지질 단면의 3만여 건 식물화석 표본에 대한 체계적인 연구를 기반으로 하고 퇴적학, 다중 지층 구분 등 방법을 결합해 연구한 결과, 다양성이 매우 높은 기간토프테리스식물군(Gigantopteris flora)이 존재한 최고 층위보다 약 2m 높은 위치에 단일종 석송류 식물이 특별히 집결된 층위가 존재하는 반면 기간토프테리스식물군 중의 전형적인 식물분자는 완전히 사라졌다. 이는 기간토프테리스식물군의 진화 후기에 "쾌속" 멸종 사건이 발생했음을 입증한다. 또한 기존에 고테티스해(Paleo-Tethys Ocean) 동쪽 해안 지역에 광범위하게 분포되었던 열대우림 생태계가 "갑자기" 초본 석송류 식물을 대표로 하는 "초지" 생태계에 의해 완전히 대체되었음을 더한층 입증한다. 고정밀 지층 비교를 통해 연구팀은 기간토프테리스식물군의 멸종 시간은 페름기 말기 대멸종 사건이 발생한 시간에 비하여 조금 늦음을 발견했다. 이로써 다양한 위도 식물지리구계는 페름기 말기 대멸종 사건에 대하여 다양한 반응 수준, 형식 및 시계열이 존재하며 해당 현상을 초래한 원인은 식물군집, 식물구성 형태 및 생태계 복잡성과 관련될 것으로 추정된다.

재조합 코로나19 백신 임상시험 돌입

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2020년 3월 16일 20시 18분, 군사과학원 군사의학연구원 천웨이(陳薇) 연구팀이 개발한 재조합 코로나19 백신은 임상시험 승인을 받고 시험 단계에 돌입했다. 2020년 1월 26일, 연구팀은 우한(武漢)에 도착한 후 우한 현지 우수 기업과 공동으로 에볼라 백신 개발 경험에 기반하여 재조합 코로나19 백신의 약학, 약력학, 약리·독성학 등 연구를 수행함으로써 코로나19 백신 설계, 재조합 바이러스 씨드(Virus seed) 구축과 GMP 조건에서의 생산제조 그리고 제3자 백신 안전성, 유효성 평가와 품질 재검사를 신속하게 완료했다. 중국은 국제규범, 중국법규에 따라 재조합 코로나19 백신의 안전성, 유효성, 품질제어, 규모화 생산 사전준비를 이미 완료했다.

하부 해양지각 암석의 심층 미생물 및 생존 전략 입증

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해저의 단단한 암석권에 미생물이 존재할가? 그들은 어떻게 생명을 유지할가? 퉁지(同济)대학교 해양·지구과학대학 리장타오(李江涛) 연구팀과 미국 우즈홀 해양연구소의 공동 연구 결과에 따르면, 해양 하부 해양지각 암석에는 확실히 미생물이 존재하며 그들은 자가영양 방식으로 생존하기도 하지만 많이는 기성 유기물을 섭취하는 종속영양 방식으로 생존한다. 해당 연구 결과는 해양 하부 해양지각 암석에 존재하는 심층 생물권과 그들의 생존 전략을 밝혔다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 샘플링 기술과 조건의 제한으로 해저 해양지각 암석 생물권 관련 연구와 이해는 아주 제한적이다. 연구팀은 2015년 11월 30일부터 2016년 1월 30일 사이에 수행한 국제해양탐사프로그램 (IODP) 제360차 항행에서 하부 해양지각 심층 생물권에 대한 연구를 전개했다. 서남인도양 중앙 해령 Atlantis II 변환 단층의 Atlantis Bank에서 코어 시추를 통해 해저 아래 809미터 범위 내의 하부 해양지각 반려암을 획득했다. 연구팀은 거의 800미터 깊이의 심층 단면에서 위로부터 아래로 가면서 11개 암석 샘플을 채취하여 분석하였다. 세포 염색 통계 결과, 하부 해양지각 반려암 중의 바이오매스는 극히 적으며 통상적인 해양 퇴적물과 상부 해양지각 표층 현무암의 바이오매스보다도 훨씬 적었다. 아울러, 일련의 증거에 따르면 해당 암석 중의 미생물은 세포가 완전하고 성장 발육이 가능했다. 연구팀은 유전자 발현 수준에서 미생물의 하부 해양지각 암석 극한환경에서의 생존 전략을 분석했다. 연구 결과, 수소산화, 메탄산화 및 유황/질소 순환 등 극한 해양 환경에서 흔히 볼 수 있는 화학적 자가영양 방법의 존재를 입증했다. 예상치 못한 점은 종속영양 과정과 관련된 유전자가 많이 발견되었으며 그 발현 수준은 자가영양 과정보다 훨씬 높았다. 이는 더 많은 미생물은 발효 가능한 유기 대분자를 이용하여 하부 해양지각 환경 생활에 적응함을 설명한다. 해당 연구 성과는 하부 해양지각 심층 생물권의 존재를 입증하고 지구권 내부 생물권 분포의 하한을 확장하였다.

단백질키나아제 CHK1, 심근경색 후 심근 세포 재생 능력 촉진

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난징(南京)의과대학교 제1부속병원(장쑤(江苏)성인민병원) 심혈관내과 왕롄성(王连生) 연구팀은 난징의과대학교 생식의학국가중점실험실 사쟈하오(沙家豪)/궈쉐장(郭雪江) 연구팀과 공동으로 단백질키나아제 CHK1의 과발현 및 활성화가 성인 생쥐 심근경색 후의 심근 세포 재생 능력을 거의 4배 향상 시킬 수 있음을 입증했다. 해당 성과는 "Circulation"에 게재되었다. 관상동맥성심질환 환자는 심근경색 발생 후 심장의 자체 회복 능력이 떨어진다. 심근세포 재생률은 노인의 경우 0.45%, 젊은이의 경우 1%에 불과하다. 일반적으로 사람의 심장은 하루에 약 10만회 뛰면서 인체에 산소와 영양이 풍부한 혈액을 공급한다. 심각한 허혈성 심장질환(관상동맥성심질환)에 걸리면 심근경색이 발생하고 막힌 혈관이 제때에 혈액 순환을 회복하지 못하면 심근 세포가 돌이킬 수 없이 사멸된다. 심근 세포 괴사 면적은 심장 기능을 결정하며 생존한 심근 세포는 재생 확률이 극히 낮다. 적극적인 치료 후에도 종종 심부전과 같은 합병증이 발생하여 환자의 삶의 질에 영향을 미친다. 연구팀은 심근 세포 단백질키나아제 CHK1의 발현과 활성 조절을 통해 심근 세포의 재생을 회복할 수 있음을 발견했다. 신생 생쥐의 심근경색 후 심근 재생 현상에 기반하여 인산화 단백질체학 기술을 이용하여 최초로 신생 쥐의 심근경색 후 단백질키나아제 기질 조절 네트워크를 밝혔다. 아울러, 연구팀은 CHK1이 활성화 후, 체내와 체외에서 심근 세포의 내인성 증식 능력을 촉진할 수 있음을 발견했다. CHK1의 발현을 억제하면 체내와 체외 신생 심근의 재생 프로그램이 손상된다. 또한, CHK1은 특정 신호 경로를 활성화함으로써 생쥐의 심근경색 후 심근 세포 재생 능력을 향상시킬 수 있으며 이는 심근경색 임상 치료를 위한 더 많은 표적을 제공한다.

20초만에 코로나19 감염여부를 판단하는 AI 진료시스템 개발

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중국 알리바바그룹 다모아카데미와 알리클라우드는 코로나바이러스19 검사를 위한 인공지능(AI) 시스템을 개발했다. 해당 시스템은 환자 흉부 CT 스캔에서 코로나바이러스19를 검출하는데 정확도가 96%에 달하고 진단 시간은 20초로 단축되었다. 해당 AI 시스템은 5,000개의 확진된 코로나바이러스19 사례 영상과 데이터에 기반하여 개발하였다. 2020년 2월 16일에 허난(河南)성 정저우(郑州)시 치보산(岐伯山) 병원에서 최초 채택되었고 현재 후베이(湖北)성, 상하이, 광둥(广东)성, 장쑤(江苏)성 등 16개 성시의 26개 병원으로 확대되었으며 중국의 100여 개 병원에 보급될 예정이다. 해당 AI 시스템은 병원 업무를 줄이고 코로나바이러스19 진단 효율을 높이며 의료진의 부담을 덜어줄 전망이다. 한편, 중국의 핑안(平安)보험사도 최근 유사한 시스템인 스마트영상열독 시스템을 개발하여 1,500여 의료 기관의 5,000여명 환자들에게 무료 스마트영상열독 서비스를 제공했다. 해당 시스템은 약 15초에 지능 분석 결과를 생성하며 정확도가 90% 이상에 달한다.

"칠분포", 1/2 노화 세포 역전 가능

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중국과학원 동물연구소 류광후이(刘光慧) 연구팀, 취징(曲静) 연구팀, 중국과학원 게놈연구소 장웨이치(张维绮) 연구팀 및 미국 솔크(Salk) 생물학연구소 연구팀 등은 공동으로 쥐 실험을 통해 1/2 이상의 노화 세포와 1/4의 노화 유전자가 "칠분포(七分饱)"에 의해 역전될 수 있다는 것을 입증했다. 해당 성과는 "CELL"에 게재되었다. 노화 지연을 위한 실험에서 칼로리 제한(즉, 다이어트)이 여러 종에서 효과적임이 입증되었지만 분자 메커니즘은 불명확하다. 연구팀은 쥐를 "젊은 임의 식사 그룹", "연로 임의 식사 그룹", "연로 다이어트 그룹" 등 3개 그룹으로 나누어 실험을 진행했다. "연로 다이어트 그룹"은 중년기부터 "칠분포"(임의 식사 그룹 섭취량의 70%에 해당하는 칼로리 섭취)를 실시하고 9개월 동안 지속하였다. 이는 인간이 중년(40-45세)부터 다이어트를 시작해 70세까지 지속한 것과 맞먹는다. 연구팀은 3개 그룹 쥐의 피부, 대동맥, 갈색지방, 백색지방, 간, 신장 및 골수 등 7개 조직에서 세포를 채취하여 단일세포 시퀀싱을 진행하고 뇌와 골격근 조직의 상이한 세포에 대한 단일세포 핵 시퀀싱을 진행했다. 하이플럭스 단일세포 시퀀싱 기법으로 각각의 세포를 파악하여 9개 조직의 20만 개 세포의 노화 상태를 확인하고 100여 종 세포의 세포 지도를 구축하였다. 이는 최초의 포유동물 노화와 다이어트에 관한 여러 기관의 단일세포 전사체 지도 연구이다. "노소 비교" 결과, 전염증성 세포 비율의 증가는 1/2 이상이 다이어트를 통해 억제 할 수 있고 염증 관련 유전자 발현의 상향 조절은 1/4이 다이어트를 통해 역전할 수 있었다. 노년 세포의 통신 과부하는 다이어트를 통해 억제할 수 있다. 연구팀은 데이터 분석을 통해 다양한 유전자 변화를 관찰하였으며 기존의 연구 성과와 결합하여 두 개의 잠재적인 응용 가치를 구비한 유전자를 발견했다. S100a8 등 염증 관련 유전자는 노화 쥐의 40여 종의 세포에서 발현이 상향 조절되었고 다이어트는 그 중 30여 종 세포의 이러한 변화를 억제할 수 있었다. S100A8 단백질의 혈청 함량도 노화에 따라 뚜렷하게 상향 조절되며 다이어트를 통해 역전할 수 있었다. 이는 해당 단백질이 신체의 노화 정도를 판단하는 잠재적 분자 마커로 될 수 있음을 설명한다. 또한, 노화는 Ybx1 유전자의 다양한 세포 유형에서의 발현 하향 조절을 유발하며 다이어트를 통해 20여 종의 세포에서 이러한 변화를 역전할 수 있다는 것을 발견했다.

인두 면봉 샘플링 로봇 시스템 개발 완료

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중난산(钟南山) 연구팀은 선양(沈阳)자동화연구소와 공동으로 신형 지능형 인두 면봉 샘플링 로봇 시스템을 개발 완료하였다. 첫 번째 임상 시험에서 피험자에 대한 효과적인 샘플링을 완성하였고 샘플링 강도가 균일하게 나타나 단계적인 성과를 달성했다. 코로나바이러스감염증-19(COVID-19, 이하 "코로나19"로 약칭) 확진은 2차의 핵산 양성 검사 결과가 필요하고 완치 퇴원에는 3차의 핵산 음성 결과가 필요하다. 또한, 그 기간에 여러 차례의 생물학적 샘플 검사가 진행된다. 현재, 핵산 검사는 코로나19 감염의 주요 검사 방법이며 인두 면봉법은 주요 샘플링 방법이다. 인두 면봉 샘플링 과정에서 의료진은 환자와의 밀접 접촉으로 인해 교차 감염의 위험이 높다. 또한, 의료진의 수준 차이, 심리 상태 변화 및 불규칙한 샘플링 사양으로 인해 가짜 음성 반응이 나타날 수 있다. 2020년 2월 24일 부터 시작된 초기의 로봇 도면 구성과 로봇의 최종 구성 소자 제조, 시스템 구축 및 초기 조립, 중기의 광저우의과대학교 제1부속병원의 과학 윤리 검토, 후기의 조립 및 제1단계 테스트를 거처 마침내 신형 지능형 인두 면봉 샘플링 로봇 시스템이 개발을 완료했다. 신형 지능형 인두 면봉 샘플링 로봇 시스템은 뱀 모양의 로봇 팔, 쌍안 내시경, 무선 전송 장치 및 인간-설비 상호작용 단말기로 구성되었다. 로봇은 원격 인간-설비 공동 작업을 통해 부드럽고 신속하게 인두 면봉 샘플링 작업을 완료할 수 있다. 해당 로봇 시스템은 2월 28일에 광저우의과대학교 제1부속병원에서 본격적으로 20명의 피험자에 대한 임상 시험을 진행하여 지금까지 80개의 샘플을 수집했다. 세포학적 검사 결과, 로봇의 인두 면봉 샘플링의 1차 성공률은 95% 이상으로 비교적 높은 품질에 도달하였고 효과적인 샘플링과 샘플링 강도의 균일성을 달성하였으며 피험자는 모두 목 부위가 붓거나 출혈 등의 부작용이 나타나지 않았다. 3월 8일, 연구팀은 처음으로 핵산 양성 진단에 인두 면봉 샘플링 로봇을 사용했다. 해당 성과는 인체 조직과 밀접 접촉하는 작동형 로봇에 초점을 맞추어 의료진의 감염을 방지하고 생물학적 샘플 채집의 표준화와 품질 보장을 향상시킬 수 있다. 중난산 연구팀의 최신 연구 성과: 제1차 코로나19 학제간 연구 온라인 포럼에서 코로나19 감염 검사를 위한 면역글로불린 M(IgM) 신속 검사 스트립 및 항온 증폭 칩을 발표했다. 해당 "신속 검사 스트립"은 유세포 분석법을 통해 달성하는데 코로나19 감염 7일 후 또는 증상이 나타난 3-4일 후에 IgM을 검출할 수 있다. 이는 핵산 검사를 보완할 수 있으며 의심사례 배제에 아주 중요하다. 해당 "항온 증폭 칩"은 동시에 여러 환자에 대한 검사를 진행하고 코로나19와 인플루엔자 A, B및 기타 바이러스를 구분할 수 있다. 코로나19와 인플루엔자는 증상이 비슷하고 CT 결과도 비슷하여 진단에 혼란을 준다. 해당 방법은 코로나19와 인플루엔자 바이러스를 구분하기 위해 아주 중요하다.

코로나19 백신 개발에서 단계적 성과 거둬

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2020년 3월 3일, 중국중앙텔레비전방송국 뉴스프로그램 "신원롄보(新聞聯播)"는 군사의학연구원 천웨이(陳薇) 연구팀이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 백신 개발에서 단계적 성과를 거뒀다고 보도하였다. 천웨이는 사스(SARS·중증급성호흡기증후군), 에볼라 등과의 싸움에서 중요한 기여를 한 여성과학자이다. 그는 2015년 7월에 소장계급장을 달았고 2019년 11월에 중국공정원 원사로 선출되었다. 현재 군사과학원 군사의학연구원 연구원직을 맡고 있는 그는 이번 코로나19 백신 개발 레이스에서 우승을 다투는 "유력선수"로 주목받는다. 올해 54세인 천웨이 소장은 2020년 1월 26일 전문가팀을 이끌고 우한에 진입하였다. 이틀 후인 2020년 1월 28일 군사의학연구원이 지방의 관련 회사와 공동으로 개발한 코로나19 핵산검사 시약키트(RT-PCR 형광탐침법)가 국가약품감독관리국의 긴급승인을 받고 의료기기 등록증서를 발급받았다. 그리고 나흘 후인 2020년 1월 30일 긴급운영에 돌입한 군사과학원 텐트식 이동검사실험실에서 자체적으로 개발한 검사시약키트와 핵산 완전자동 추출기술을 결합하여 핵산검사 시간을 대폭 단축함으로써 확진 속도를 높였다. 2020년 1월 말 "중국과학보"와의 특별인터뷰에서 천웨이 소장은 최대 관심사인 코로나19 백신 개발과 관련해 전세계 과학자 모두 백신 개발에 박차를 가하고 있다고 밝혔다. 백신 개발은 고유의 주기와 규칙이 있는데 반해 현재 신종 바이러스에 대한 생물학적 특성, 발병 메커니즘, 전파 메커니즘, 민감계층(susceptible population) 등에 대한 이해는 아직도 매우 미흡하다. 천웨이 소장은 일부에서 전해지는 가장 빠르게는 "1개월" 내에 백신을 획득할 수 있다는 보도와 관련해 그런 날이 빨리 오기를 희망하였다. 2020년 1월 28일 미국 트럼프 대통령이 미국과학자가 12주 내에 코로나19 백신을 개발해낼 것이란 발표에 대해서는 중국 연구진이 미국에 뒤지지 않을 것이라며 신심을 드러냈다. 신종 코로나바이러스가 아무리 빨리 변이하더라도 코로나바이러스 대분류를 벗어나지 못한다. 현재 빠른 진전을 보이는 빅데이터 연구에 힘입어 바이러스가 일단 변이하기만 하면 생물정보학 또는 빅데이터 발굴을 통해 공동의 표적항원, 발병 메커니즘 또는 수용체를 발견할 수 있어 백신 개량에 신속한 가이드를 제공할 수 있다.

대뇌 작업기억 중 정보저장 관련 신경메커니즘 규명

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2020년 3월 5일, 중국과학원 뇌과학·지능기술탁월혁신센터(신경과학연구소)/상하이뇌과학·유사뇌연구센터/신경과학국가중점실험실 리청위(李澄宇) 연구팀의 논문이 "무과립 섬피질 즉시성 뉴런활동이 새 임무 학습시의 작업기억 저장을 조절"이란 제목으로 "Neuron"에 온라인으로 게재되었다. 작업기억이란 대뇌가 초 단위 규모 내에서 정보를 저장 및 조종하는 일종의 기본적 인지기능으로서 인간의 일상생활의 기본적인 수요일 뿐더러 인간 고유의 수많은 고급 인지기능의 기초이다. 그 예로 읽기, 사고, 언어학습 등을 들 수 있다. 약 반세기에 거친 연구를 통해 과학계는 대뇌가 작업기억 중 어떻게 정보를 저장하는지와 관련해 1)지속성 코딩과 2)즉시성 코딩 등 2가지 가능한 신경메커니즘이 존재한다고 제시하였다. 전자는 대뇌가 소량 뉴런의 지속성 방전만으로도 정보를 저장할 수 있다고 주장하는 반면 후자는 대뇌가 대량 뉴런의 즉시성 방전(단일 세포수준에서)을 통해 정보를 저장한다는데 무게를 두고 있다. 기존의 전기생리학적 기록에 기반한 상관성 연구에서 상기 2가지 정보 코딩 방식 모두 그 역할을 발휘하는 것으로 나타났지만 그동안 실험기술 조건의 제한으로 아직까지 해당 2가지 정보 코딩 방식과 작업기억 행동조절의 대응관계를 직접적으로 비교한 연구보고는 없다. 이를 감안해 연구팀은 행동학, 광유전학, 전기생리학 등 수단을 종합적으로 응용해 심층연구를 수행하였다. 연구팀은 머리부를 고정시킨 생쥐를 이용해 후각자극 기반의 작업기억 행동패러다임 및 고효율 안정적 행동훈련시스템을 성공적으로 개발하였다. 아울러 반증법을 통해 다음과 같은 타당성 있는 실험방안을 고안해냈다. 즉, 생쥐 행동수준에 대한 하향조절 또는 상향조절을 통해 즉시성 및 지속성 뉴런이 어떤 변화를 발생하는지를 모니터링한다. 연구팀은 광유전학적 수단을 통한 무과립 섬피질(agranular insular cortex, aAIC)의 유도기(lag phase) 전기활동 억제가 생쥐 학습기 작업기억 임무수행의 행동표현 수준을 뚜렷이 하향조절할 수 있음을 발견하였다. 3그룹 대조실험과 결합해 연구팀은 aAIC 뇌영역은 감각정보, 동기수준(motivation level), 운동제어 등을 코딩하는 것이 아닌 작업기억의 단기적 정보저장 과정에 주로 관여함을 입증하였다. 심층적 연구를 통해 내측 전전두피질(medial prefrontal cortex, mPFC)부터 aAIC까지 투사 억제도 생쥐의 행동표현 수준을 효과적으로 하향조절할 수 있고, 즉시성 뉴런 비율도 효과적으로 하향조절할 수 있음을 발견하였다. 하지만 지속성 뉴런 비율이 이와 일치한 변화를 발생하는 것은 발견하지 못했다. 반대로 mPFC부터 aAIC까지 투사 활성화는 행동 수준을 뚜렷하게 상향조절할 수 있고, 즉시성 뉴런 비율도 뚜렷하게 상향조절할 수 있었다. 상기 결과는 즉시성 뉴런(지속성 뉴런이 아님)이 생쥐 작업기억 수행의 행동표현 수준과 더 밀접하게 연관됨을 시사한다. 즉, 즉시성 코딩 신경메커니즘이 작업기억 중 정보저장을 관장할 가능성이 더 크다. 상기 결론을 더한층 검증하기 위해 연구팀은 두 번째 실험을 설계하였다. 해당 실험의 논리적 기반은, 작업기억 과정 중에 다양한 교란성 자극을 인위적으로 추가하는 한편 즉시성 및 지속성 뉴런과 생쥐 외부 교란성 자극 저항능력의 연관성을 모니터링함으로써 작업기억에서 어느 유형의 뉴런집단이 정보저장을 관장하는지를 추정하려는데 있다. 실험 결과, 생쥐가 비교적 약한 교란을 성공적으로 저항할 경우 즉시성 뉴런 비율은 뚜렷하게 증가하였다. 반대로 복잡한 교란성 자극을 효과적으로 저항하지 못할 경우 즉시성 뉴런 비율에도 상응한 상승이 발생하지 않았다. 2그룹 실험에서 지속성 뉴런 비율 모두 유의적 변화를 발생하지 않았다. 해당 결과는 즉시성 뉴런이 외부 교란성 자극 저항에 이용될 수 있어 대뇌의 임무 관련 정보 정확적 저장을 보장함으로써 임무를 성공적으로 수행함을 시사한다. 연구팀은 상기 2그룹 실험을 결합해 즉시성 뉴런(지속성 뉴런이 아님)이 작업기억 과정 중 정보저장을 관장하는 핵심 성분임을 유력하게 논증하였다. 다시 말해 기존의 실험 조건 하에서 대뇌는 즉시성 코딩 신경메커니즘을 통해 작업기억 과정에서 정보를 저장한다는데 무게를 두고 있다.