조류를 사용하여 실험실에서 만든 최초의 태양열 광합성 동물 세포

일본 연구자들은 조류에서 에너지를 생성하는 엽록체를 햄스터 세포에 삽입하여 이 동물 세포가 광합성을 할 수 있도록 하는 획기적인 성과를 거두었다.

이전에는 식물과 조류 세포에 필수적인 빛을 포착하는 구조인 엽록체가 동물 세포 내에서 기능할 수 없다고 여겨졌다. 그러나 엽록체는 살아남아 최소 2일 동안 광합성 과정을 수행했으며, 잠재적으로 조직 공학의 발전을 위한 길을 열었다.

"우리가 아는 한, 이것은 동물 세포에 이식된 엽록체에서 광합성 전자 전달이 감지된 첫 번째 보고이다."라고 연구 논문의 책임 저자인 도쿄 대학의 사치히로 마츠나가 교수가 말했다.

이 기술은 인공 장기와 피부와 같은 실험실에서 배양한 조직을 방해하는 산소 부족을 해결하여 세포 성장을 위한 산소와 에너지를 생성하기 위해 빛을 노출시킬 수 있다.

동물 세포가 광합성을 할 수 있을까?

동물 세포가 광합성 능력을 채택한다는 아이디어는 공상 과학 소설처럼 들릴 수 있지만, 거대 조개와 같은 일부 동물은 이미 광합성 생물과의 파트너십에서 이익을 얻고 있다.

이 조개는 엽록체를 사용하여 광합성을 하는 조류를 보유하고 있어 숙주에게 산소와 음식을 제공한다. 이러한 자연스러운 관계에서 영감을 얻은 연구자들은 동물 세포가 엽록체를 기능적으로 통합할 수 있는지 탐구했다.

"우리는 엽록체가 도입된 후 몇 시간 이내에 동물 세포에 의해 소화될 것이라고 생각했다."라고 마츠나가는 말했다.

"하지만 우리가 발견한 것은 엽록체가 최대 2일 동안 계속 기능했고 광합성 활동의 전자 전달이 일어났다는 것이다."라고 그는 덧붙였다. 이러한 전자 전달은 식물과 조류에 필요한 화학 에너지 생산에 필수적이며, 이는 엽록체가 실제로 동물 세포 숙주 내에서 작동했음을 시사한다.

동물 세포에서 연료 생산하기

이 연구에서는 홍조류 엽록체를 배양된 햄스터 세포에 넣은 다음 공초점 및 전자 현미경과 같은 영상 기술을 사용하여 분석했다. 광합성 활동은 펄스 진폭 변조 형광 측정법으로 측정하여 엽록체가 새로운 숙주 세포 내에서 효과적으로 에너지를 생산하고 있음을 확인했다.

엽록체를 함유한 동물 세포는 심지어 증가된 성장률을 보였는데, 이는 광합성 과정이 탄소 기반 연료를 공급했음을 시사한다.

마츠나가는 "이 연구가 세포 조직 공학에 유용할 것으로 믿는다."라고 말했다. "인공 장기, 인공 고기, 피부 시트와 같은 실험실에서 배양한 조직은 여러 겹의 세포로 구성되어 있다. 그러나 조직 내부의 저산소증(산소 수치 감소)으로 인해 크기가 증가할 수 없으며, 이는 세포 분열을 방해한다.

"엽록체 이식 세포를 혼합함으로써 광합성을 통해 세포에 산소를 공급할 수 있고, 빛 조사를 통해 조직 내부의 조건을 개선하여 성장을 가능하게 할 수 있다."라고 그는 설명했다.

미래를 내다보며

연구자들은 엽록체 주입 세포를 통합함으로써 빛 노출을 통해 산소를 공급하여 실험실에서 배양한 장기나 고기와 같은 복잡하고 다층적인 조직에 더 나은 성장 조건을 만들 수 있다.

앞으로 마츠나가와 그의 팀은 이러한 "플라니멀" 세포를 더욱 개발하여 동물 세포에서 유익한 식물과 같은 특성을 구현하고자 한다. 마츠나가는 보도 자료에서 "플라니멀 세포가 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대한다."라고 말하며, 보다 지속 가능한 사회로 이어지고 탄소 배출을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 미래의 생명공학을 구상했다.

이미지 설명: 이 형광 이미지는 엽록체(마젠타 색)가 햄스터 세포에 성공적으로 통합된 모습을 보여주며, 동물 세포의 다른 특징도 강조되어 있다(밝은 파란색은 핵, 황록색은 세포소기관).