포유류 세포에 엽록체 넣어 광합성 성공

 (Superresolution fluorescence microscopy image. This fluorescence image shows chloroplasts (magenta colored) successfully incorporated into the hamster cells, with other features of the animal cell also highlighted (nuclei in light blue and organelles in yellow-green). Credit: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B)

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(Little green powerhouses. Chloroplasts give plants and algae their green hue, and enable them to convert sunlight into food and oxygen, via photosynthesis. The chloroplasts (right) in this study were taken from a type of tiny red algae (which are not actually always red, despite the name) called Cyanidioschyzon merolae (left). The alga came from the acidic hot springs of a volcano near Naples, Italy. Credit: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B)

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식물은 광합성를 통해 영양분을 얻고 동물은 이 식물이나 아니면 식물을 먹은 동물을 먹어 영양분을 얻습니다. 이런 먹이 사슬은 지구 생태계의 근간을 이루고 있지만, 항상 그렇듯 예외는 존재합니다. 산호는 동물이지만, 공생 조류를 통해 광합성으로부터 에너지를 얻고 일부 동물은 자신의 몸 속에 엽록체를 지녀 광합성을 할 수 있습니다.

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이렇게 자신이 먹은 조류 (algae)의 엽록체를 살려서 광합성을 하기 위해서는 동물 세포에도 상당한 변화가 필요합니다. 그런데 도쿄 대학의 과학자들은 이런 세포가 아닌 포유류인 햄스터 세포에 엽록체를 넣어 광합성을 하는 실험에 성공했습니다.

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도쿄 대학의 사키히로 마츠나가 교수 (Professor Sachihiro Matsunaga of the University of Tokyo)가 이끄는 연구팀은 동물 세포에 조류에서 얻은 엽록체를 주입한 후 광합성까지 가능한지 조사했습니다.

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연구팀은 햄스터 세포에 들어간 엽록체가 최장 이틀 정도 생존할 수 있으며 최신 이미징 기술들 (confocal microscopy, super-resolution microscopy and electron microscopy.)을 통해 이 엽록체가 실제로 광합성을 하고 전자를 공급해 에너지를 전달한다는 사실을 알아냈습니다.

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비록 엽록체 자체는 금방 사라지긴 했지만, 연구팀은 이 기술을 발전시키면 조직을 배양하는 조직 공학이나 인공 장기 기술에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 배양 조직은 진짜 조직처럼 혈관이 잘 발달되어 있지 않아 결국 내부에서 산소가 부족한 현상이 발생하는데, 엽록체가 있으면 산소와 영양분을 추가 제공해 조직을 더 잘 키울 수 있기 때문입니다.

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연구팀은 이 하이브리드 세포에 식물과 동물의 합성어인 프래니멀 (planimal)이라는 별명을 붙였습니다. 과연 동물 세포에 엽록체 넣기가 신기한 연구를 넘어 실용적인 기술로 발전할 수 있을지 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-10-solar-powered-animal-cells-combining.html

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Ryota Aoki et al. Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals, Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences (2024). DOI: 10.2183/pjab.100.035

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