말라리아 원충의 골격 이미지를 확인하다

(Plasmodium at the ookinete stage viewed by expansion microscopy. The image shows the cytoskeleton of the pathogen following the labelling of tubulin. The conoid is the ring visible at the upper tip of the cell. Credit: © UNIGE/HAMEL)

말라리아 원충 (Plasmodium)은 기생충으로 분류할 수 있는 생물 가운데 가장 작은 것 중 하나입니다. 세포 하나로 되어 있지만, 분명히 핵과 세포 소기관을 갖춘 진핵생물이기에 단세포 동물로 분류합니다. 하지만 인간 적혈구 안에서 기생할 수 있을 정도로 작아졌기 때문에 그 부피는 일반적인 다세포 동물 세포인 인간 세포의 1/50 수준에 불과합니다.

그런데 이렇게 작아졌어도 말라리아는 복잡한 세포 소기관을 지니고 있습니다. 그리고 몸을 지탱하는 세포골격(cytoskeleton)이 있어 우리가 아는 말라리아 원충의 형태를 유지할 수 있습니다. 제네바 대학 (University of Geneva (UNIGE))의 연구팀은 말라리아 원충의 세포골격을 상세히 관측하기 위해 팽창 현미경 (expansion microscopy) 기술을 사용했습니다.

팽창 현미경은 세포내 소기관 같은 미세 구조를 관찰하기 위해서 사용되는 전자 현미경과 다른 접근법을 사용합니다. 해상도를 높이는 대신 특수 중합체 겔을 이용해서 샘플의 크기를 키우는 것입니다. 본래 부피의 100배까지 샘플이 커지면 광학 현미경을 이용해서도 관찰하고자 하는 구조를 상세히 볼 수 있습니다.

팽창 현미경 원리: https://blog.naver.com/with_msip/222049844184

연구팀은 말라리아 원충이 숙주 세포 안으로 쉽게 들어갈 수 있게 원추형 형태를 유지시키는 세포 골격을 확인하기 위해 튜불린 (tubulin)이라는 단백질을 염색해 팽창 현미경으로 관찰했습니다. 그 결과 말라리아 원충의 생활 단계 중 모기의 장으로 침투하는 오키네트 (ookinete) 단계의 원추형 골격 구조를 상세히 확인할 수 있었습니다. (사진)

팽창 현미경을 포함해 최근 다양한 이미징 기술이 발전하면서 생물학 분야에서도 큰 발전이 일어나고 있습니다. 천문학의 발전이 망원경의 발전과 같이 이뤄진 것처럼 현미경 기술의 발전이 생물학 발전을 이끄는 것입니다. 이런 기초 연구를 통해 언젠가 말라리아를 비롯한 다양한 질병을 효과적으로 예방하고 치료할 방법이 개발될 수 있을 것으로 기대합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-03-skeleton-malaria-parasite-reveals-secrets.html

PLOS Biology (2021). DOI: 10.1371/journal.pbio.3001020

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