혁신성
인체의 모든 세포에 대한 백과사전

왜 중요한가
인간 생리학에 대한 정확한 모델은 신약 개발과 검증을 가속화 할 수 있다.

주요 회사들
브로드 연구소 / 생어 연구소 / 챈 저커버그 바이오허브

실용화 시기
5년 뒤

생물학 분야의 다음 과제는 인간을 구성하는 세포들을 이해하는 것이다.

1665년 현미경을 통해 코르크 조각을 관찰하던 로버트 후크는 마치 수도원의 방처럼 생긴 작은 칸들을 발견했다. 최초로 세포를 발견한 것이다. 그가 만약 인류의 새로운 목표를 알게 된다면 분명 기뻐할 것이다. 그것은 바로 현대 유전학과 최신 세포생물학 기술을 사용해 사람의 몸 속 수백만 개의 세포들을 분류하고 분석하는 것이다.

이는 최초의 종합적인 ‘인간 세포 지도(cell atlas)’, 곧 인간이 가진 모든 세포의 지도를 만드는 것.

이 지도는 인체를 구성하는 성분을 처음으로 정밀하게 밝힐 수 있는 기회이자 신약개발을 가속화 할 정교한 생물학 모델의 기초가 될 것이다.

37조 2000억 개에 달하는 인간세포의 목록을 만들고, 각 세포의 분자 특징과 이 세포의 인체 내 3차원 주소를 기록하기 위해 미국, 영국, 스웨덴, 이스라엘, 네덜란드, 그리고 일본의 과학자들은 국제적 컨소시엄을 구성했다.

“이미 우리가 알고 있거나 그럴 것으로 예측했던 사실을 알게 되겠죠. 하지만 완전히 새로운 뭔가를 발견하게 될 것이라는 점도 확신합니다.”

 
영국 생어연구소에서 셀 아틀라스 팀을 이끄는 마이크 스터빙턴은 “(이 연구가 완성되면) 사람들을 놀라게 할 뭔가가 분명히 있을 것”이라고 말한다.

지금까지 세포 연구를 통해 연구자들은 뇌와 척수의 많은 신경세포에서 피부에 있는 끈적이는 지방 세포까지 약 300종의 세포가 있음을 알게 됐다.

그러나 실제로는 분명히 이보다 더 많을 것이다.

과학자들은 살아있는 세포 내에서
일어나는 일을 알 수 있는 고도로 정밀한
‘인간 세포 지도’를 만들고 있다.

세포간의 분자적 차이를 분석함으로써 이미 새로운 세포가 발견되고 있다.

눈을 연구한 지 수십 년이 지났지만 최근 두 종류의 새로운 망막 세포가 발견됐다. 외부의 병원균에 대항해 가장 먼저 싸움을 시작하는 세포가 적혈구 1만개 당 4개의 비율로 있다는 것을 알게 됐고 면역 반응을 억제하는 스테로이드를 만드는 면역 세포도 발견됐다.

이 새로운 백과사전을 만들기 위해서는 세 가지 기술이 사용된다.

첫 번째는 ‘세포 미세유체역학(cellular microfluidics)’이란 기술이다. 세포 하나하나에 작은 입자를 붙여 구분한 후 기름 방울을 조작, 1차선 일방통행 도로를 지나가는 차처럼 세포를 작은 칩의 모세관을 지나가도록 하는 기술이다. 이를 기술을 통해 우리는 세포 하나하나를 연구할 수 있게 된다.

두 번째는 세포 내의 유전자를 세포 당 몇 센트의 저렴한 비용으로, 극히 빠르고 효율적으로 구별하고 해독하는 기술이다. 이 기술은 과학자 한 명이 하루에 1만개의 세포를 처리할 수 있게 만들었다.

세 번째 기술은 특정 장기나 조직 내 세포를 유전자의 활성화에 따라 종류별로 구별해 염색하는 기술이다.

인간 세포 지도는 영국의 생어연구소, MIT와 하버드의 브로드연구소, 그리고 페이스북의 CEO인 마크 저커버그가 기부해 설립한 바이오허브에 의해 추진되고 있다. 지난해 9월, 저커버그와 그의 부인 프리실라 챈은 셀 아틀라스를 위한 의학연구에 30억 달러를 기부한 바 있다.

Fig. 1 로버트 후크가 현미경으로 코르크를 보고 그린 그림 (1665) Fig. 2 호문쿨루스가 들어있는 정자 (Nicholas Hartsoeker, 1695) Fig. 3 인간, 낙타, 두꺼비의 혈액을 찍은 다게레오타이프 (A. Donne, 1845) Fig. 4 식물 세포 (J. M. Schleiden, 1838) Fig. 5 동물 세포 스케치 (Theodor Schwann, 1839) Fig. 6 신경 세포 (A. Von Kolliker, 1852)

<본 기사는 테크M 제48호(2017년 4월) 기사입니다>