인간의 다양성이 접시에서 얼마나 오래 동안 자랄 수 있는지에 대한 논쟁을 20일 된 원숭이 배아가 다시 개시할 수 있음.

David Cyranoski

그들은 몸 밖에서 잘 자라는 가장 길게 존속하는 영장류 배아임. 중국의 두 그룹은 접시에서 원숭이 배아를 20일 동안 키우는 데 성공했음. 이 작업은 초기 발생에 대한 중요하지만 잘 알려지지 않은 단계에 대한 해결의 실마리를 던져주었으며 아마도 실험실에서 인간 배아가 얼마나 오랫동안 성장하도록 두어야 하는지에 대한 논쟁을 재점화할 것임.

연구자들은 발생의 초기 단계를 이해하기 위해 배아를 키움. 2016년 미국의 생물학자들은 실험실에서 13일 동안 인간 배아를 성공적으로 성장시켰지만, 윤리적인 이유로 14일이 지난 인간 배아의 성장을 엄격하게 제한하는 국제적으로 수용된 규칙으로 인해 실험을 중단했음. 밀접하게 관련된 종으로서 원숭이의 배아는 초기 인간 발달에 대한 창이지만, 과학자들은 이전에 단 9일 동안만 키웠음.

중국의 두 팀은 실험실에서 자란 게잡이 원숭이(cynomolgus monkeys (필리핀 원숭이, Macaca fascicularis))의 배아는 몇몇 중요 단계를 거쳤다고 Science 지에 발표함. 여기에는 다른 장기와 조직을 발생시키는 기본 세포 유형들이 14일경에 나타나기 시작하는 낭배형성과정(process of gastrulation)을 포함함.

파사데나의 캘리포니아 공과 대학(California Institute of Technology in Pasadena)의 발생 생물학자인 막달레나 제르니카-괴츠(Magdalena Zernicka-Goetz)는 “인체와 매우

유사한 모델로 체외에서 낭배형성을 연구하는 시스템이 가장 중요한 부분이다”라고 말함. “이것은 매우 흥미롭다.”

연구에 따르면 원숭이의 초기 발달이 인간의 발달 과정의 처음 2주 동안의 여러 측면과 유사함을 보여줌에도 불구하고, 그 팀들은 그 종과 우리 종 사이의 미묘한 차이를 보고함. 프랑스 브롱(Bron)의 줄기세포 및 뇌 연구소의 줄기세포 생물학자 피에르 사바티에르(Pierre Savatier)는 이 점이 원숭이 배아가 인간 생장의 후기 단계를 연구하기에 적합한 모델이 아니라는 것을 시사한다고 말함. 그는 이 보고서가 14일 제한 정책을 확장하려는 노력을 다시 활성화할 것이라고 예측함.

예전보다 장기간 원숭이 배아를 성장시킬 수 있는 능력은 키메라(chimaeras)라고 알려진 인간 배아와 원숭이 배아의 혼합 생성이라는 또 다른 위험하고 논란이 많은 분야에 대한 연구를 인간 세포가 장기로 어떻게 분화되는지를 조사한다는 목적으로 촉진할 수 있음. 그 동안은 연구자들이 주입된 인간 세포가 어떻게 반응하는지를 보여주기에 충분할 정도로 오랫동안 원숭이 배아를 성장시킬 수 없었기 때문에 연구를 보류하였음. 사바티에르는 인간 줄기 세포를 주입할 원숭이 배아를 키울 배양 기술을 사용할 것이라고 말함. “이 배양 시스템은 키메라 실험에 매우 중요합니다.”라고 그는 말함.

배아 노다지

두 팀 모두 자궁에서 세포보다 더 높은 수준의 산소를 공급하는 겔 매트릭스에서 원숭이 배아를 키웠음. 이 배양 기술은 제르니카-괴츠(Zernicka-Goetz) 팀에 의해 개발되었으며, 이 팀은 2016년 3월 4일, 인간 배아를 13일 동안 키우는 것에 성공했던 미국의 두 그룹 중 하나였음.

최신 두 논문 중 하나에서, 캘리포니아 라 호야의 솔크 생물학 연구소(Salk Institute for Biological Studies)의 발생 생물학자인 후앙 카를로스 이즈피슈아 벨몽트(Juan Carlos Izpisua Belmonte)와 중국 쿤밍의 운남 영장류의 생명 의학 핵심 연구소(Yunnan Key Laboratory of Primate Biomedical Research)의 지 웨이지(Ji Weizhi)가 이끄는 팀은 200개의 원숭이 배아 중 46개가 20일까지 생존했다고 보고함. 베이징의 중국 과학원(Chinese Academy of Sciences)의 동물학 연구소의 발생 생물학자 리 레이(Li Lei)가 이끄는 다른 논문의 저자들은 그들이 그 시간 동안 3개의 배아를 키웠다고 말함.

연구팀은 체외 수정을 사용하여 생성된 배아의 진행 상황을 추적하여 그들이 자궁에서 자라는 것처럼 성장했는지 여부를 확인함. 그들은 배아에서 조직화의 타이밍과 형태 및 배아의 성장을 지원하는 구조, 다른 단계에서 세포에 의해 발현되는 단백질의 종류 및 난자 또는 정자로 되어가는 원시 생식 세포를 조사했음. 그런 다음 이들 관찰을 과거 실험에서 이 종의 발달에 대해 알려진 것과 비교했는데, 그 배아는 17일까지 다른 단계에서 임신한 원숭이에게서 제거되었음.

두 그룹은 접시 위의 배아가 자궁 속 배아와 같은 방식으로 발달한다고 보고함. 이즈피수아 벨몽트는 “관찰 결과는 생체 내에서 일어난 일을 구현한 것으로 추정해도 좋다”고 말함.

팀들은 조직이 죽어가는 징후인 배아의 색이 어두워지고 일부 세포가 그들과 분리되었던 20일째에 실험을 중단했음. 리는 왜 그런 일이 일어났는지 불분명하다고 말함. 그와 이즈피수아 벨몽트는 자궁을 더 잘 모방한 세포 외 기질로 세포를 배양하면 더 오래 생존시키는데 도움이 될 것이라고 말함. 다음에 Ji는 원시 신경계가 형성되기 시작할 시점인 20일경까지 배아를 키우기를 희망함.

미묘한 차이

두 연구에서 발표된 자료에 따르면 원숭이와 인간의 초기 발달에는 미묘하지만 결정적인 차이가 있으므로 인간이 아닌 영장류의 배아는 인간 세포 연구에 대한 필요를 대체하지 않을 것이라고, 앤 아버의 미시간 대학의 생명공학자이자 인공 인간 배아를 기르려고 노력해온 푸 지안핑(Fu Jianping)은 말함. “시험관에서 배양된 인간 배아는 우리가 인간의 발생을 연구하고 이해할 수 있기 위한 대체할 수 없는 시스템으로 남아 있다”고 그는 말함.

사바티에르는 지(Ji)와 이스피주아 벨몽트 논문에서 묘사된 하나의 차이점이란 태반을 형성하는 원숭이 세포에서 발현되는 유전자가 인간의 것과 다르다는 것이라고 말함. 그러나 인간 배아의 후기 단계의 과정을 연구하기 위해서는 규제 기관은 14일 이상 성장 금지를 해제할 필요가 있을 것임.

미국 팀들이 2016년에 13일까지 인간 배아를 키운 데 따라, 몇몇 과학자와 윤리학자들은 14 일 정책의 개정을 추진했으며, 2017년 영국에서 실시된 여론조사에서는 그 제한을 연장하는 것에 대한 대중의 강력한 지지가 보고되었음. 사바티에르와 다른 사람들은 인간 배아 발달의 독특한 특징을 보여주는 최신 결과가 그 정책을 변화시키려는 논의를 강화시킬 것이라고 생각함. “이번 연구가 윤리위원회와 규제 기관이 14일 규칙에 대한 토론을 다시 재개하도록 할 것이라는 점에 의심의 여지가 없다”고 그는 말함.

연구자들은 규칙이 바뀌면 겔 매트릭스를 사용하여 인간 배아를 더 발전된 단계로 키울 수 있을 것이라고 낙관함. 지(Ji)는 자신의 연구소에 있는 다른 그룹이 곧 출간할 인간 배아를 위한 프로토콜을 특별히 개발했다고 말함. “이 시스템은 인간 배아가 20일 동안 배양되기에 적합 할 수 있지만, 우리는 그렇게 할 계획이 없습니다”라고 그가 말함.  

Nature 575, 17-18 (2019), doi: 10.1038/d41586-019-03326-5

References

1. Niu, Y. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.aaw5754 (2019).

2. Ma, H. et al. Science https://doi.org/10.1126/science.aax7890 (2019).

3. Deglincerti, A. et al. Nature 533, 251–254 (2016).

4. Shahbazi, M. N. et al. Nature Cell Biol. 18, 700–708 (2016).

5. Nakamura, T. et al. Nature 537, 57–62 (2016).

기사 및 사진 출처 : https://www.nature.com/articles/d41586-019-03326-5

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