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[바이오토픽] IVF와 iPS 세포를 이용, 멸종 일보직전의 코뿔소를 살린다
생명과학 양병찬 (2018-07-05 09:54)
연구자들은 현재 딱 두 마리만 남아있는 북방흰코뿔소(northern white rhino)의 멸종을 막기 위해, 흰코뿔소의 DNA와 가까운 아종(subspecies)의 DNA를 혼합한 교잡배아를 만들었다. 다음 단계 과제는 이 배아를 대리모에게 착상시키는 것이다.


scpr(참고 1)

연구자들은 멸종이 거의 확실시되는 북방흰코뿔소를 구하기 위한 '수태고지 프로젝트'의 일환으로, 잡종코뿔소 배아를 만들었다.

현재 냉동되어 있는 배아에는 북방흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)의 DNA와 근친아종(close relative subspecies)의 DNA가 포함되어 있으며, 대리모에게 착상되어 잡종코뿔소로 탄생할 수 있다. 이번 연구결과는 7월 4일 《Nature Communications》에 실렸다(참고 2).

"이번 연구는 모든 분야의 관심을 끄는 인상적인 진보다"라고 스크립스 연구소의 잔 로링(줄기세포생물학)은 말했다. 그녀가 이끄는 연구팀은 줄기세포기술을 이용하여 코뿔소의 개체수를 늘릴 수 있기를 희망하고 있다.

밀렵의 희생자인 북방흰코뿔소의 개체수는 이제 딱 두 마리만 남아, 지구상에서 가장 심각한 멸종위기에 직면해 있는 포유류가 되었다. 올해 초에는 최후의 수컷 아종인 수단(Sudna)이 노환(老患)으로 사망하는 사건이 발생했다(참고 3; 단, 그의 정자는 보존되어 있다). 그의 딸 나진(Najin)과 그녀의 딸 파투(Fatu)는 현재 케냐의 올페제타 보호구역(Ol Pejeta Conservancy)에서 살고 있다. 나진은 다리에 부상을 입어서 임신할 수 없으며, 파투는 생식력에 문제가 있어서 배아가 자궁에 착상할 수 없다.

혁신 vs 멸종

북방흰코뿔소의 멸종은 불가피해 보인다. 그러나 이탈리아의 한 생명공학기술 연구소 아반테아(Avantea)의 체사레 갈리(수의학, 배아학)가 이끄는 연구진이 북방흰코뿔소에게 제2의 기회를 줄 것 같다. 연구진은 암컷 코뿔소에서 난자를 채취하여 수정시킴으로써 생존가능한 배아를 만드는 기법을 개발했는데, 이 배아는 동물로 태어날 수 있는 잠재력을 보유하고 있다.

하지만 자신들이 개발한 기법을 나진과 파투를 대상으로 테스트하는 대신(왜냐하면, 위험한 마취가 수반되기 때문이다), 연구진은 12마리의 남방흰코뿔소(Ceratotherium simum simum)에게서 난자를 수집했다. 남방흰코뿔소는 북방흰코뿔소의 근친아종으로, 남아프리카 전역에 약 20,000마리가 살고 있다.

(지금은 사망한) 북방흰코뿔소의 정자가 주입된 13개의 난자 중에서, 배반포(blastocyst)로 발달한 것은 네 개였다. 이 교잡 배반포는 두 가지 아종의 유전자를 포함하고 있으며, 냉동해 뒀다가 나중에 대리모에게 착상시켜 잡종 후손을 탄생시킨 수 있다. 이 잡종들은 북방코뿔소의 DNA 중 일부가 보존되는 것을 보장할 수 있다.

한편, 연구진은 17개의 다른 난자들에게 남방흰코뿔소의 정자를 주입하여, 세 마리의 순종 남방흰코뿔소를 탄생시키는 데 성공했다.

연구진은 배반포의 건강을 확인하기 위해, 2개의 순종 배아에서 줄기세포주(stem-cell line)를 만들었다. 검사 결과, 이 줄기세포들은 건강한 배아줄기세포의 징후를 모두 나타냈다. 이는 그 배아줄기세포의 원천인 배아가 일단 착상되면 생존가능하다는 것을 의미한다.

확장과 다양성

연구진의 다음 과제는, 나진과 파투에서 난자를 수확한 다음 북방흰코뿔소의 정자와 수정시켜, 그 결과 생긴 배아를 남방흰코뿔소  대리모에게 착상시키는 것이다. 그들의 최종 목표는 3년 이내에 최초의 북방흰코뿔소를 탄생시키는 것이다.

"그러나 그런 식으로 탄생한 자손은 유전적 다양성이 부족하므로, 북방흰코뿔소의 건강한 야생 개체군을 지속시킬 수 없다"라고 갈리는 말한다. 그보다 어렵지만 더 좋은 방법은, 광범위한 북방흰코뿔소의 풀에서 채취한 냉동조직을 이용하여 '난자와 정자로 분화할 수 있는 능력을 보유한 줄기세포, 즉 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 만드는 것이다(참고 4).

【참고】북방흰코뿔소 살리기 프로젝트

현재 북방흰코뿔소는 두 마리 모녀(파투, 나진)만 살아있다. 그리고 수컷은 정자만 보존되어 있다. 그러나 그녀들은 자연적인 번식이 불가능하다. 따라서 연구자들은 인공수정(IVF)과 진보된 세포기술을 이용하여 생존 가능한 개체군을 확립할 계획이다.


2011년, 로링이 이끄는 연구진은 파투의 피부에서 iPS 세포를 만들었다(참고 5, 참고 6). 그 이후 연구진은 샌디에이고 동물원 보존연구소(San Diego Zoo Institute for Conservation Research)에 저장된 북방흰코뿔소의 조직을 이용하여 4개의 iPS 세포를 더 만들었다.

그리고 지난 5월, "연구진은 12마리의 암수 코뿔소에서 채취한 조직이 충분한 유전적 다양성을 보함하고 있으므로(참고 7), 종(種)을 되살릴 수 있다"고 보고했다(참고 8). "우리는 1년 안에 정자 및 난자와 비슷한 세포를 만들 수 있을 것으로 기대한다. 그러나 아직은 해결할 문제들이 많다"라고 로링은 말했다.

인간 vs 자연

"북방흰코뿔소가 자연계의 서식처에 다시 나타난다면 매우 멋질 것 같다"라고 듀크 대학교의 스튜어트 핌(보존생물학)은 말한다. 그러나 그는 코뿔소를 멸종 일보직전으로 몰고 간 근본적 원인이 아직 해결되지 않았음을 우려하고 있다.

"연구진의 노력을 칭찬하되, 좀 더 긴 안목에서 바라보자"라고 핌은 말한다. "우리는 아직 수많은 코뿔소들이 밀렵꾼에게 희생되는 세계에 살고 있다. 설사 그들의 후손을 야생에 돌려보내더라도, 그들이 방사되는 순간 살해당하지 않도록 보호해야 한다"라고 그는 덧붙인다.

※ 참고문헌
1. https://www.scpr.org/news/2018/05/17/83239/a-rhino-at-the-san-diego-zoo-is-pregnant-and-could/
2. Hildebrandt, T. B. et al. Nature Comm. 9, 2589 (2018); http://dx.doi.org/10.1038%2Fs41467-018-04959-2
3. https://www.nature.com/articles/d41586-018-03266-6
4. https://www.nature.com/news/stem-cell-plan-aims-to-bring-rhino-back-from-brink-of-extinction-1.19849 (한글번역 http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=271873&SOURCE=6)
5. https://www.nature.com/news/2011/110904/full/news.2011.517.html
6. Friedrich Ben-Nun, I. et al. Nature Methods 8, 829–831 (2011); http://dx.doi.org/10.1038%2Fnmeth.1706
7. https://www.nature.com/articles/d41586-018-05335-2
8. Tunstall, T. et al. Genome Res. 28, 780–788 (2018); http://dx.doi.org/10.1101%2Fgr.227603.117

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-018-05636-6


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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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