뇌가 필요하지 않다: 세포는 놀라운 학습 능력을 보여준다.

새로운 연구에 따르면 섬모충류와 아메바와 같은 단순한 단세포 생물조차도 습관화를 보이는데, 이는 이전에는 더 복잡한 생물에게만 해당된다고 생각했던 기본적인 학습 형태이다.

이 발견은 세포 기능에 대한 이해를 바꿀 뿐만 아니라 암 면역학에 적용할 수 있는 가능성을 열어주며, 면역 세포가 암 세포를 더 잘 인식하고 공격하도록 재프로그래밍될 수 있음을 시사한다.

개가 명령에 따라 앉는 법을 배운다. 사람이 책에 몰두해 있는 동안 세탁기의 꾸준한 윙윙거리는 소리를 끈다. 배우고 적응하는 능력은 진화와 생존의 초석이다.

적응의 보다 겸손한 사촌인 습관화는 반복적인 노출 후 자극에 대한 반응이 감소하는 것을 포함한다. 한 잔의 샷으로 얻을 수 있었던 것과 같은 각성도를 얻기 위해 세 번째 에스프레소가 필요하다고 상상해 보라.

단순한 생물에서 습관화 발견

최근까지 습관화(기본적인 학습 형태)는 곤충, 새, 포유류, 벌레와 같이 뇌와 신경계를 가진 복잡한 생물에만 국한된다고 여겨졌다.

하지만 (커런트 바이올러지Current Biology)에 발표된 새로운 연구에 따르면 섬모충류와 아메바와 같은 단세포 생물, 심지어 우리 몸 속 세포조차도 뇌가 장착된 생물에서 볼 수 있는 것과 유사한 습관화를 보일 수 있다는 설득력 있는 증거가 밝혀졌다.

하버드 의대와 바르셀로나의 게놈 조절 센터(CRG)의 과학자들이 주도한 이 연구는 단세포가 현재 알려진 것보다 더 복잡한 행동을 할 수 있다고 시사한다.

"이 발견은 우리에게 흥미로운 새로운 미스터리를 열어준다. 뇌가 없는 세포가 어떻게 그렇게 복잡한 것을 관리할 수 있을까?" HMS의 블라바트닉 연구소에서 시스템 생물학 조교수로 연구의 수석 저자인 제레미 구나와르데나가 말했다. 그는 자신의 연구실에서 박사후 연구원으로 일했고 현재 CRG에서 시스템 및 합성 생물학 연구 그룹을 이끌고 있는 로사 마르티네즈 코랄과 공동으로 연구를 진행했다.

이 결과는 이 주제에 대한 작지만 증가하는 연구 자료에 추가된다. 구나와르데나가 주도한 이전 연구에서는 단일 세포 섬모충류가 불쾌한 자극에 직면한 동물에서 관찰되는 행동과 다르지 않은 회피 행동을 보였다는 것을 발견했다.

고급 모델이 세포 기억을 밝혀내다.

과학자들은 실험실 접시에서 세포를 연구하는 대신 고급 컴퓨터 모델링을 사용하여 섬모충류와 포유류 세포 내부의 분자 네트워크가 다양한 자극 패턴에 어떻게 반응하는지 분석했다. 그들은 동물 뇌에 존재하는 습관화의 특징을 보이는 네 가지 네트워크를 발견했다.

이러한 네트워크는 공통적인 특징을 공유했다. 각 분자 네트워크에는 환경에서 학습한 정보를 포착하는 두 가지 형태의 "기억" 저장소가 있었다. 연구자들은 한 가지 기억이 다른 기억보다 훨씬 빨리 쇠퇴했는데, 이는 습관화에 필요한 기억 상실의 한 형태라고 지적했다. 이 발견은 단일 세포가 서로 다른 시간 범위에 걸쳐 정보를 처리하고 기억한다는 것을 시사한다.

학습과 암을 이해하기 위한 의미

연구자들은 단일 세포에서 습관화를 연구하면 일반적으로 학습이 작동하는 방식에 대한 이해를 촉진하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 이 발견은 또한 겸손한 단일 세포 생물을 새롭고 더 매혹적인 빛으로 비춰준다. 그들은 단순히 미세한 몸에 포장된 분자 기계가 아니라 학습할 수 있는 작용체이기도 하다.

하지만 더 실용적인 응용 프로그램은 어떨까?

연구자들은 이것들이 지금은 순전히 추측에 불과하다고 경고한다. 그러나 한 가지 대담한 아이디어는 습관화의 개념을 암과 면역 간의 관계에 적용하는 것이다.

종양은 면역 세포가 자신을 무고한 방관자로 보도록 속이기 때문에 면역 감시를 잘 피하는 것으로 악명이 높다. 다시 말해, 암을 인식하는 면역 세포는 어떻게든 암 세포의 존재에 익숙해질 수 있다. 즉, 면역 세포는 자극에 익숙해져 더 이상 반응하지 않는다.

"이것은 망상과 비슷하다. 이러한 잘못된 인식이 면역 세포에 어떻게 인코딩되는지 알았다면 면역 세포가 환경을 올바르게 인식하기 시작하고 종양이 악성으로 보이게 되어 작동하도록 재설계할 수 있을 것이다."라고 구나와르데나가 말했다.

"지금은 환상이지만, 앞으로 탐구하고 싶은 방향이다."