세포 하나의 대사과정을 시각화하다.

(A new PME imaging and machine learning technique can measure glycolysis at both the cellular and sub-cellular levels, potentially leading to new methods for treating a wide array of diseases, including cancer and COVID-19. Credit: Fang Lab at University of Chicago)

과학자들은 최신 이미징 기술을 이용해서 수술하거나 해부하지 않더라도 내부 장기는 물론 조직까지 들여다볼 수 있습니다. 심지어 이제는 조직 대사 상태까지 실시간으로 추적할 수 있는 수준까지 기술이 발전했습니다. 하지만 세포 수준에서 대사 과정을 실시간 관찰하는 일은 아직 어려운 과제입니다.

시카고 대학의 윤 팡 교수 (Assoc. Prof. Yun Fang )가 이끄는 연구팀은 혈관내피세포 (endothelial cells) 하나에서 포도당 분자가 에너지로 변하는 과정인 포도당 분해과정 (glycolysis)을 시각화하는 기술을 개발했습니다. 몸 전체의 대사 수준을 볼 수 있는 양전자 단층 촬영 (PET) 검사를 세포 수준에서 하는 것 같은 기술인데, 방사성 원소 대신 유전학적으로 인코딩된 바이오센서 (genetically encoded biosensor)를 이용해서 시각화했다는 차이점이 있습니다.

연구팀은 혈관내피세포가 연료로 사용할 포도당을 주입한 후 수축과 이동 과정에서 포도당이 대사되는 과정을 사진으로 찍은 후 머신 러닝 기법으로 이를 해석해 구체적으로 포도당 대사 (즉 에너지 대사)가 세포 이동과 수축 중에 얼마나 일어나는지 시각화했습니다. (사진)

구체적인 기술적 세부 사항은 솔직히 전공 분야가 아니라 이해가 어렵지만, 세포 단위에서도 대사 정도를 시각화 할 수 있다는 사실이 놀랍습니다. 미래에는 미토콘드리아 같은 세포 소기관의 대사 수준까지 시각화 할 수 있는 게 아닐까하는 생각도 듭니다. 연구팀은 이런 이미징 기술이 코로나 19에서 발생하는 면역 반응이나, 관상동맥증 환자에서 발생하는 염증 반응 등 여러 가지 세포 반응을 이해하는데 도움을 주고 치료법을 개발하는데 힌트를 줄 것으로 기대하고 있습니다.

참고

https://medicalxpress.com/news/2021-06-visualize-metabolic-single-cell.html

David Wu et al, Single-cell metabolic imaging reveals a SLC2A3-dependent glycolytic burst in motile endothelial cells, Nature Metabolism (2021). DOI: 10.1038/s42255-021-00390-y

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