생명/의료

미세아교세포에 의한 기억상실 조절 메커니즘 규명

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저장(浙江)대학교 의학대학 구옌(穀岩) 연구팀과 왕랑(王朗) 연구팀은 최초로 면역에 이용되는 미세아교세포는 시냅스 제거를 통해 기억상실을 유발함과 아울러 보체(Complement) 신호 경로가 미세아교세포 매개성 기억상실에 참여함을 발견했다. 해당 성과는 "Science"에 게재됐다. 기억은 발생과 함께 상실도 동반한다. 해마체는 기억 부호화 및 저장을 담당하는 주요 뇌영역이다. 기억 정보는 일부 뉴런에 부호화되며 이를 기억각인 세포라 한다. 하지만 기억이 어떻게 시간이 흐름에 따라 상실되는 지를 파악하기 어렵다. 연구팀은 특정 환경에서 생쥐에게 전기적 충격을 가하여 생쥐가 해당 환경을 기억하도록 함과 아울러 35일 후, 전기적 충격을 받은 생쥐를 해당 환경에 보내 그 거동을 관찰했다. 정상 생쥐는 환경에 대한 호기심으로 여기저기 다니지만 공포의 기억을 가진 생쥐는 꼼짝 움직이지 않았다. 연구팀은 단위 시간 내에 생쥐가 움직이지 않는 시간을 계산하여 생쥐의 기억 보존 상황을 평가했다. 실험결과, 생쥐의 기억상실과 동시에 기억각인 세포 활성률 감소도 동반함을 발견했다. 중추신경계의 주요 면역세포인 미세아교세포는 전체 대뇌 세포수의 10%~15%를 차지한다. 미세아교세포는 신경계 발달, 뉴런 활성 및 신경회로 기능에 대하여 중요한 조절 작용이 있다. 기억각인 세포의 활성률 감소 원인을 규명하기 위해 연구팀은 미세아교세포를 제거한 생쥐에 대한 기억 형성 및 인출 등 일련의 실험을 수행하여 기억각인 세포의 재활성률 감소 현상을 억제시킬 경우 기억상실 억제 작용이 매우 뚜렷함을 발견했다. 기억각인 세포 사이의 시냅스 연결은 기억을 저장하는 "창고" 역할을 한다. 연구팀은 면역염색 및 고해상도 이미징 분석을 통해 성년 생쥐 해마체의 미세아교세포는 시냅스 구조를 포식하는 능력을 보유하고 있음을 발견했다. 생쥐 미세아교세포의 포식 작용 발생을 억제시킬 경우 기억상실은 뚜렷하게 차단된다. 해당 결과는 미세아교세포가 시냅스 "포식"을 통해 기억상실을 유도함을 의미한다. 연구팀은 비교실험을 통해 기억각인 세포의 보체 신호 경로 차단으로 기억상실 및 기억각인 세포 활성률 감소를 매우 효과적으로 억제시킬 수 있음을 발견했다. 해마체의 치상회는 새로운 뉴런을 지속적으로 생성할 수 있는데 이를 신경발생이라 한다. 치상회에서 지속적으로 생성되는 새로운 뉴런의 통합은 해마체 신경회로의 대량 시냅스 재조합 및 교체를 유발한다. 따라서 기존에 구축된 기억의 상실 특히 영아기 기억의 상실이 초래된다. 미세아교세포가 유도하는 기억상실과 신경발생이 유도하는 기억상실 사이의 관계를 연구하기 위해 연구팀은 해마체 신경발생과 미세아교세포를 동시에 처리했다. 결과, 미세아교세포가 유도하는 시냅스 제거는 신경발생 유발 또는 이와 관련성이 없는 기억상실에 모두 참여함을 발견했다. 상기 연구에 기반해 연구팀은 미세아교세포의 시냅스 포식 작용은 신경발생이 없는 대뇌 영역 또는 신경발생이 부족한 포유동물의 대뇌에서 기억상실을 유도하는 일반적 메커니즘이라는 결론을 얻었다. 동 연구는 장기 기억 공고화 및 나쁜 기억 제거 연구에 전망성 기반을 마련했다.

최초로 고품질 뿔이끼 참조 게놈 발표

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중국과학원 식물연구소 천즈돤(陳之端) 연구팀은 일련의 정밀 설계 기반 오염제거 과정을 통해 119Mb의 Anthoceros angustus(芽胞角苔)게놈 조립을 달성함과 아울러 최초로 고품질 뿔이끼 참조 게놈을 획득했다. 해당 성과는 "Nature Plants"에 온라인으로 게재됐다. 연구팀은 2008년에 뿔이끼 게놈 시퀀싱 계획을 가동한 후 다년간 연구를 통해 뿔이끼 게놈 해석에 성공했다. 동 연구는 계통발생 유전체학적 분석을 통해 선태류 식물의 단계통성을 더한층 확정함과 아울러 뿔이끼류는 선태류 하위 계통의 최하층에 위치해 있다는 주장을 뒷받침했다. 연구팀은 또한 식물이 육지로 진화하는 과정에서 뿔이끼는 간단한 형태 구조에 적합한 저가외성(Low redundancy) 작은 게놈을 보유하며 해당 게놈은 기능의 완전성을 갖추었는바 식물발달과 관련된 기본 전사 조절 "툴킷(Toolkit)"을 포함함을 발견했다. 이와 반대로 뿔이끼 게놈의 RNA 편집, 자외선 저항성 및 탈수 저항성 등 환경 적응과 관련된 유전자 패밀리는 직렬반복(Tandem repeat)을 통해 확장됐으며 동시에 뿔이끼는 토양 세균 및 진균으로부터 전이된 유전자에 힘입어 저항성 응답 및 대사 관련 유전자 성분을 풍부히 했다.

대뇌 면역세포의 기억 상실 주도 메커니즘 발견

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저장(浙江)대학교 의과대학 연구팀은 뇌 속 면역세포가 시냅스를 제거함으로써 기억 상실을 주도함을 발견했다. 해당 연구는 "복습을 많이 하면 쉽게 잊혀지지 않는다.”는 관점에 과학적 근거를 제공함과 아울러 장기 기억 공고화와 나쁜 기억 제거 연구에 전망과 기반을 제공했다. 해당 성과는 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 대뇌 시상과 내측 측두엽 사이에 위치한 해마체는 기억을 암호화하고 저장하는 중요한 뇌영역이다. 해당 영역에서 기억 정보는 일부 뉴런에 부호화되며 기억각인 세포로 불린다. 기존의 연구에서 기억각인 세포의 재활성화가 기억 인출의 "엔진" 역할을 하고 기억각인 세포 사이의 시냅스 연결이 기억을 저장하는 "창고" 역할을 한다는 것을 발견했다. 대뇌 속의 기억 상실 메커니즘을 연구하기 위해, 구옌(谷岩) 연구팀과 왕랑(王朗) 연구팀은 특정 환경에서 생쥐한테 전기적 충격을 가하여 생쥐가 해당 환경에 대한 기억을 구축하도록 하였다. 35일 후, 감전된 생쥐를 해당 환경에 보내 생쥐가 감전의 고통을 기억하고 두려움을 보일지 여부를 관찰했다. 실험 결과, 기억은 시간이 지남에 따라 감퇴되었고 이에 작용하는 것은 일종의 미세아교세포였다. 미세아교세포는 대뇌 세포 총 수의 10% 내지 15%를 차지하며 중추신경계의 주요 면역세포이다. 실험에 따르면 미세아교세포는 시냅스 구조를 "먹어버리는" 능력을 보유하고 있다. 생쥐의 미세아교세포 식세포 작용이 억제될 때, 기억 상실이 현저히 차단되었다. 해당 실험 결과는 미세아교세포가 시냅스를 "먹어버림"으로써 기억 상실을 매개한다는 것을 입증한다. 지식 복습을 예로 들어, 복습은 기억각인 세포와 상응한 시냅스 연결을 더 활성화시킴으로써 시냅스라는 다리를 철근 콘크리트로 견고화하는 것과 같다. 복습하지 않으면 "다리"는 장기 방치되어 미세아교세포라는 "철거팀"에 의해 식별되고 철거된다. 향후, 연구팀은 질병으로 인한 기억 장애와 기억 상실 메커니즘에 대한 심층 연구를 전개할 예정이다.

친환경 다수확 벼 신품종 육성 핵심 유전자 발견

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중국과학원 유전·발생생물학연구소 푸샹둥(傅向東) 연구팀은 8년간 연구를 거쳐 기존의 벼 품종에서 핵심 유전자 NGR5를 획득함으로써 "저투입 다수확" 친환경 벼 신품종 육성에 가능성을 가져다주었다. 또한 친환경 다수확 고효율 농작물 분자 설계 육종에 이론적 기반을 마련함과 아울러 육종 이용 가치를 보유한 유전자자원을 제공했다. 해당 성과는 "지베렐린 신호전달 새 메커니즘 조절에 의한 벼 질소비료 고효율 이용에 관한 최신 연구성과"라는 제목의 연구논문(Research Article) 형식으로 "Science"에 게재되었다. 해당 성과는 지베렐린 신호전달 및 식물의 질소에 대한 응답 사이의 복잡한 상호작용 메커니즘 인식을 심화시키고 식량 수확량 지속적 향상을 보장함과 동시에 벼의 질소비료 이용 효율을 향상시켜 화학비료 투입을 절감시킴으로써 환경오염을 감소시키는 육종 새 전략을 개척했다. 이는 "저투입 다수확" 작물 신품종을 육성하여 지속적인 식량안전을 보장하는데 도움이 된다. 벼는 중국의 중요한 식량작물로서 국가 식량안전 및 사회안정을 보장하는데 매우 중요한 역할을 한다. 질소비료는 농업생산에서 요구량이 가장 많은 화학비료 품종으로서 작물 수확량을 증가시키고 농산물 품질을 개선시키는데 중요한 역할을 한다. 하지만 육종 시작에서부터 작물의 질소비료 이용 효율을 향상시켜 왜성(Dwarf) 육종을 특징으로 하는 "녹색혁명" 품종의 다수확 특성을 보유하면서도 질소비료 시비량을 감소시켜 "저투입 다수확" 목표에 도달할지가 현재 중국 농업의 지속가능발전 과정에서 시급히 해결해야할 주요 과제이다. 연구팀은 화학적 돌연변이 및 유전학적 스크리닝을 이용하여 "녹색혁명" 유전자를 지닌 벼 품종 9311개에서 1개의 수확량 형질이 질소 응답에 민감하지 않은 돌연변이체를 선별함과 아울러 지도 기반 복제(Map-based cloning) 방법을 통해 질소비료 고효율 이용 핵심 유전자 NGR5를 획득했다. 연구 결과, NGR5는 벼 성장 발육(식물체 높이, 분얼 및 이삭당 완전 낟알 수 등 주요 농업형질) 과정에서 질소에 응답하는 상향조절 인자이며 동시에 NGR5의 유전자 발현 수준 및 단백질 축적량은 시비량의 증가에 따라 증가된다. 현재 주요재배 다수확 벼품종에서 NGR5 발현량을 향상시킬 경우 벼의 질소비료 이용 효율을 향시킬 수 있을 뿐만 아니라 우수한 반왜성(Semi-dwarf) 다수확 특성을 보존시켜 최종적으로 벼에 대한 질소비료 시비량을 적당하게 감소시키는 조건에서 더욱 높은 수확량을 확보할 수 있다. 연구팀은 또한 1개의 새로운 우수한 대립유전자 NGR5(hap.2)를 발견했는데 그 발현량은 질소 변화에 대한 응답이 더욱 민감하여 해당 우수한 대립변이 위치를 기존의 다수확 벼 품종에 도입하면 "저투입 다수확" 친환경 벼 신품종을 육성할 수 있다. 심층적인 연구 결과, NGR5는 지베렐린 신호전달 경로의 새 핵심 "소자"로서 지베렐린 수용체 GID1 단백질과 상호작용한다. NGR5는 또한 폴리콤 유전자 억제 복합체 2(Polycomb repressive complex 2, PRC2)라고 부르는 단백질 복합체와 상호작용할 수 있으며 H3K27me3 메틸화 수식 수준 유도를 통해 표적유전자의 발현을 조절하고 더 나아가 벼 분얼 등 농업형질 및 질소에 대한 응답을 조절한다. 지베렐린은 NGR5 단백질 분해 촉진을 통해 후성유전학적 수식 감소를 유발하며 더 나아가 표적유전자의 전사 활성화를 증가시켜 지베렐린의 식물 분지(Branch) 생장 발육 촉진을 달성한다. 해당 지베렐린의 신호전달 새 메커니즘 발견은 지베렐린의 작용 메커니즘에 대한 인식을 풍부히 함과 아울러 분자 수준에서 "녹색혁명" 왜성 품종이 높은 시비량 조건에서 수확량이 증가되는 원인을 규명했다. 동 연구에서 또한 NGR5와 DELLA 단백질의 상호작용 메커니즘을 발견했으며 DELLA 단백질은 경쟁적으로 지베렐린 수용체 GID1 단백질과 결합하고 지베렐린이 유도하는 NGR5 단백질 분해를 억제하며 더 나아가 NGR5 단백질의 안정성을 증가시킴을 발견했다. DELLA 단백질 축적은 제1차 "녹색혁명"을 이끌었으며 식물체의 반왜성, 높은 시비량 내성 및 내도복성 다수확 목표를 달성했다. NGR5 단백질의 고수준 축적은 "녹색혁명"의 반왜성 우량 형질을 개변시키지 않고 벼 분얼수를 증가시킬 수 있기에 질소비료 시비량을 감소시키는 조건에서 주요 재배 품종의 수확량 및 질소비료 이용 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다. 동 연구는 "저투입 다수확 환경보호" 기반 친환경 다수확 고효율 농작물 분자 설계 육종에 이론적 기반을 마련함과 아울러 육종 이용 가치를 구비한 유전자자원을 제공했다.

항종양 초음파역동민감제로 흑린나노시트 압전재료를 꼽아

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중국과학기술대학교 양리화(陽麗華)/지헝싱(季恒星) 연구팀은 공동으로 초음파역동민감제로 될 수 있는 압전재료를 발견함으로써 임상 초음파역동치료(sonodynamic therapy)를 통한 종양세포 제거에 도움을 제공하였다. 해당 성과는 "The Journal of Physical Chemistry Letters"에 게재되었다. 악성종양은 인류의 건강 심지어 생명을 심각하게 위협하고 있다. 현재 임상에서 외과수술, 화학요법, 방사선요법 등 3가지 방법으로 악성종양을 치료하고 있지만 재발 및 병소전이가 쉬운 등 단점이 있다. 최근 초음파역동치료는 그 안전성 고효율성으로 인해 광범위한 관심을 받고 있다. 초음파역동치료는 민감제가 여기에너지(excitation energy)의 여기에 의해 생성하는 활성산소물질을 통해 종양세포를 제거한다. 초음파는 초음파역동치료의 여기에너지로서 안전하며 조직투과력이 높은 등 장점을 보유하기에 임상에 광범위하게 응용되고 있다. 하지만 희소한 초음파역동민감제로 인해 초음파역동치료 발전은 제한을 받고 있다. 초음파역동치료에 있어 초음파역동민감제 개발은 시급한 과제이다. 이와 관련해 연구팀은 압전재료가 초음파역동민감제로 될 수 있음을 발견하였고 또한 실험결과를 통해 입증하였다. 연구팀은 흑린(black phosphorus)나노시트를 모델압전재료로 하여, 적정 에너지준위 구조를 보유한 압전재료가 초음파 조건에서 활성산소물질을 생성함으로써 종양세포에 대한 응답적 제거를 달성함을 입증하였다. 연구팀은 먼저 흑린나노시트의 압전성능을 검증함과 아울러 흑린나노시트가 외부 초음파 조건에서 활성산소물질을 생성할 수 있는 초음파역동민감제임을 규명하였다. 그 다음 체외 세포실험, 종양보유 실험용 생쥐 모델 등 2가지 분야에서 흑린나노시트가 초음파 여기에 의해 종양세포를 응답적으로 제거함으로써 항종양 치료효과를 달성함을 규명하였다. 관련 실험결과는 해당 압전재료가 초음파역동민감제로 될 수 있음을 입증한다. 해당 연구는 이러한 신형 초음파동역 민감화 메커니즘이 생명의학 분야에서 갖는 연구 가치를 제시하였다.

종양세포 위치추적 가능 신형 "장잔광 히드로겔" 개발

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톈진(天津大学)대학교 양다융(仰大勇) 연구팀은 신형 장잔광 히드로겔 개발에 성공했다. 해당 히드로겔은 생체에 진입한 후 종양 세포에 장시간 표지되어 근적외선을 방출함으로써 암세포가 "실시간 위치 공유"를 하게 한다. 따라서 암세포의 전이 경로를 추적할 수 있어 암 치료의 새로운 무기로 부각될 전망이다. 해당 성과는 "Nano Letters"에 게재되었다. 악성 종양 전이는 암치료 실패의 주요 원인이다. 종양 전이는 종양 세포가 원발부위에서 림프관과 혈관 등 경로를 통해 기타 부위에 이행하여 계속 성장함으로써 전이성 종양을 형성하는 과정이다. 전이성 종양은 일반적으로 크기가 아주 작고 형태가 다양하며 임의로 다른 기관에 분포되기 때문에 암치료가 어렵다. 따라서, 종양세포 전이 과정 모니터링 과정이 행위 연구의 신방법과 신기술 개발은 종양 치료에 중요한 의미가 있다. 신형 "장잔광 히드로겔"은 인체에 진입한 후, 외부광 여기가 없이 자체적으로 장시간 근적외선을 지속적으로 방출하기에 배경 간섭이 없이 심부조직 이미징을 구현하고 종양 전이의 가시화 이미징 연구에 이용할 수 있다. 해당 장잔광 히드로겔은 종양 특이 타겟팅의 "장잔광 나노프로브" 및 "알긴산나트륨히드로겔"로 구성되며 개질 종양 특이성 리간드를 통해 상이한 종양 세포를 식별하고 지속적으로 표지할 수 있고 종양 세포의 전이 행위를 발광하는 "실시간 위치 궤적도"로 구현할 수 있다. 유방암 생쥐를 이용한 모델 실험 결과, 신형 히드로겔은 생체 적합성이 양호하고 독성과 부작용이 없으며 종양의 전이와 침습에 영향을 미치지 않았다. 또한, 민감도가 아주 높고 간섭을 극복하고 생쥐의 종양 부위에서 지속적으로 발광 표기 프로브를 방출하여 종양 세포를 표기하고 종양 전이의 비외력성, 고선택성, 무배경 간섭 이미징 추적을 구현했다. 신형 "장잔광 히드로겔"은 다양한 유형의 종양 세포에 대한 맞춤형 설계가 가능하여 다양한 종양 세포 전이 연구를 위한 범용성 검측 플랫폼을 제공함과 아울러 암치료 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 가진다.

신종 코로나바이러스: 중서의 결합 예방치료 임상연구 시작

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과학기술부의 대폭적인 지원 하에 수립된 “국가과학기술 응급공관프로젝트 - 신종 코로나바이러스 감염증 중서의결합 예방치료 임상연구”가 정식으로 시작되었다. 이 프로젝트는 과학기술부의 제 1선에서 신청, 제 1선에서 비준, 제 1선에서 시작한 응급 프로젝트로, 중국공정원 원사 장바이리(张伯礼)가 책임을 맡고 후베이(湖北)성 중서결합병원팀의 주도로 4개 성, 8개 기관이 참여 조직되었다. 출범식에서 장바이리는 이 프로젝트 선정의 초심과 목적, 3개 방향과 5개 과제의 전체 개요를 소개했다. 신종 코로나바이러스 감염증의 치료에서 중의약이 전과정에서 전방위적 작용을 발휘하고, 중서의학이 각각의 장점을 활용 보완하여 시너지를 낼 수 있도록 하는 것이다. 아직까지 이번 폐렴 치료에 효과 있는 약물이 없는 상황에서 중서결합으로 병을 치료하는 것이 가장 중요하다. 이 연구의 가장 중요한 취지는 첫째가 임상치료, 둘째가 과학연구이다. 시간이 긴박하지만, 과학연구의 규율은 굳건히 지키고, 진지하고 엄격하게 치료 서비스와 함께 과학연구를 진행할 것이다. 프로젝트 책임자, 수도 의과대 부속 베이징 중의병원의 리우칭췐 (刘清泉) 교수가 프로젝트의 구체적인 내용을 소개하였으며, 이 과제는 지정병원에서 치료 중인 신종 코로나바이러스 감염에 의한 폐렴 환자들을 연구 대상으로 임상병리학적 조사를 실시해 환자의 증후를 조사하고 임상실험과 코호트연구 방법을 활용, 중서의결합 치료법의 임상적 가치를 평가할 예정이다. 특히 신종 코로나바이러스에 감염에 의한 폐렴의 중의증후 특징과 규율을 중점적으로 연구하고, 중서의결합 치료의 일반 폐렴(경증) 임상 치료에 미치는 효과, 중증과 위중 폐렴에 대한 임상적 가치 등 각기 다른 유형의 폐렴 환자에 대한 방안과 효과가 연구될 것이다. 프로젝트 책임자 통샤오린(仝小林) 원사는 지역 방역 및 회복기 방안의 주요 내용을 소개했다. 현재 이 과제는 중국 임상시험 등록센터에 등록을 마치고, 후베이성 , 호북성, 징진지(京津冀-베이징, 톈진, 허베이성), 광둥성 많은 지역의 의료 기관들이 이번 연구에 참여하고, 톈진중의약대학 쉰정(循证)의학센터, 베이징대 임상연구소 등 기관이 참여해 과제 설계 및 방법론적 지원을 제공한다. 연구팀은 이미 데이터베이스 구축 및 의료진 교육을 마치고 정식으로 병례 수집을 시작했다. 신종 코로나바이러스(2019-nCoV) 감염증의 폭발적 증가로 인민 건강과 사회 안정에 막대한 영향을 미치고 있다. 신종 코로나바이러스(2019-nCoV) 감염에 의한 폐렴은 아직 명확한 치료약이 없고, 증상에 대한 치료만 하고 있다. 어떻게 빠르게 효과적인 치료 방법을 만들어 내느냐가 현재 당면한 중대 문제이다. 과학기술부는 제일 먼저 전국 우수 과학 연구 역량이 협력할 수 있도록 조직을 구성하고, 신속하게 신종 코로나바이러스(2019-nCoV) 감염증의 과학연구 공관을 구동하였다. 중의약은 바이러스 감염에 의한 폐렴에 효과적인 치료로 SARS 예방치료에서도 해열, 폐삼출 컨트롤, 혈중산소포화도 안정화, 호르몬 용량 감소 등 다방면에 잠재적 장점을 보이며 일정한 치료 효과를 보였다. 신종 코로나바이러스(2019-nCoV) 감염에 의한 폐렴에도 중서의결합 치료를 활용 약간의 경험을 축적하고 있으나, 이 병의 증후학 연구 및 치료 방안의 최적화를 더욱 심화하고 임상치료를 규범화하고 임상완치율을 높이고 사망률을 낮춰 회복기 건강회복을 촉진하여 중의약의 작용을 전면적으로 발휘해야 한다. 출범식에서 국가중의학 관리국 부국장 옌슈지앙(闫树江)은 주요 연설을 통해, 이 연구의 주요 의의를 충분히 인정하고, 연구와 동시에 방역일선에서의 논문 산출로 임상연구 성과가 바로 지도 작용을 발휘하여 중의진료방안을 최적화 하고 치료 효과를 제고할 수 있도록 요구하였다.

우한 신종 코로나바이러스에 대한 연구 결과

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2020년 1월 21일, 중국과학원 상하이파스퇴르연구소 하오페이(郝沛)/군사의학연구원 국가비상예방통제약물공정기술연구센터 중우(鍾武)/중국과학원 분자식물엑설런스센터 합성생물학중점실험실 리쉬안(李軒) 등 연구팀의 연구 성과가 "Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission"란 제목으로 "SCIENCE CHINA Life Sciences"에 온라인으로 게재되었다. 해당 논문은 우한(武漢) 폐렴 발생을 야기시킨 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 2002년 광둥 "비전형성폐렴(사스)"의 SARS 코로나바이러스와 "중동호흡기증후군"의 MERS 코로나바이러스와의 유전적 진화관계를 서술하였다. 또한 우한 신종 코로나바이러스 spike-단백질 구조에 대한 시뮬레이션 연산을 통해 동 단백질이 사람의 ACE2 단백질과 작용하여 인간 감염을 매개하는 분자작용경로를 규명하였다. 해당 성과는 우한 신종 코로나바이러스의 잠재적인 사람 간 전염성을 평가함으로써 전염원 및 전파경로의 빠른 시간 내 확인, 고효율적 예방통제 전략 마련에 과학적인 이론근거를 제공하였다. 2019년 12월부터 후베이성 우한시에서 집중적으로 발생하기 시작한 원인불명의 폐렴에 대한 역학조사 결과, 해당 폐렴 병례는 우한시 "화난(華南)해산물시장"과 연관이 있는 것으로 나타났다. 다학제 통합진료 및 실험적 검사를 통해 우한 폐렴은 바이러스성 폐렴으로 확인되었고 2020년 1월 8일에 "우한폐렴" 병원균이 일종의 신종 코로나바이러스임을 기본적으로 확정지었다. 우한폐렴은 2002년 광둥에서 발생한 사스와 유사한 점이 많다. 양자 모두 겨울철에 발생하였고, 초기 병례는 동물교역시장에서 사람과 살아있는 동물과의 접촉에서 비롯되었으며, 알려지지 않은 코로나바이러스 병원균에 의해 유발되었다는 점이다. 2020년 1월 20일 18시 기준으로 중국 경내에서 누계 보고된 신종 코로나바이러스 감염 폐렴 병례는 224건, 그 중 확진병례는 217건(우한시 198건, 베이징시 5건, 광둥성 14건)이고 의심병례는 7건(쓰촨성 2건, 윈난성 1건, 상하이시 2건, 광시좡족자치구 1건, 산둥성 1건)이다. 중국 국외에서 보고된 병례에는 일본 1건, 태국 2건, 한국 1건이 있다. 감염환자 중 의료진 14명이 포함되는 등 해당 신종 코로나바이러스는 사람 간 전염 및 확산 추세를 보이고 있다. 2020년 1월 10일 우한 신종 코로나바이러스의 첫 번째 게놈서열 데이터가 발표되었고 그 후로 환자 몸에서 분리한 일련의 신종 코로나바이러스 게놈서열이 잇따라 발표되었다. 상기 게놈 데이터는 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 발병 병리메커니즘 연구·분석에 중요한 자료를 제공하였다. 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 코로나바이러스와의 관계를 밝히기 위해 상기 3종 코로나바이러스 게놈을 비교하였다. 그 결과 우한 신종 코로나바이러스는 SARS/MERS와 각각 평균 ~70%, ~40% 서열 유사성을 지님을 발견하였다. 그중, 다양한 코로나바이러스가 숙주세포와 작용하는 핵심 spike유전자(S-단백질 인코딩)는 더욱 큰 차이성을 나타냈다. 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 가능한 자연계 숙주를 밝히기 위해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 기존에 수집한 대량 코로나바이러스 데이터에 대한 유전적 진화분석을 통해 우한 신종 코로나바이러스는 Beta코로나바이러스속(Betacoronavirus)에 속함을 발견했다. Betacoronavirus는 단백질로 둘러싸인 단일사슬 플러스가닥(plus strand) RNA바이러스로서 사람을 포함한 고등동물에 기생하며 감염시킨다. 계통수에서의 위치를 보면 SARS 바이러스 및 유사SARS(SARS-like) 바이러스 분류군과 인접해 있지만 결코 SARS/유사SARS 바이러스 분류군에 속하지 않는다. 흥미로운 것은 그들 진화에서 공동의 외군(outgroup)은 과일박쥐(fruit bat)에 기생하는 HKU9-1코로나바이러스라는 점이다. 따라서 우한 코로나바이러스와 SARS/유사SARS 코로나바이러스 공동의 조상은 HKU9-1와 유사한 바이러스이다. 우한 코로나바이러스의 진화 이웃 및 외군 모두 다양한 종류의 박쥐에서 발견된데 비추어 우한 코로나바이러스의 자연 숙주 또한 박쥐일 것으로 추정된다. 아마도 우한 코로나바이러스도 2002년에 사스를 유발한 코로나바이러스와 마찬가지로 박쥐에서 사람에 이르는 전염과정 가운데 알려지지 않은 중간숙주 매개체가 있을 가능성이 크다. 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스와의 유전적 거리가 매우 먼 점을 감안해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스의 사람 감염 메커니즘 및 경로를 분석하였다. SARS/MERS 바이러스의 S-단백질은 각각 사람의 ACE2, DPP4 단백질과의 상호결합을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킨다. 연구팀은 우한 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스 S-단백질의 숙주 수용체 상호작용 영역(RBD 영역) 비교를 통해 RBD영역에서 우한 코로나바이러스와 SARS 바이러스가 비교적 유사함을 발견하였다. 그러나 MERS 바이러스와의 차이가 큰 점에 미루어 S-단백질과 DPP4 상호작용적 사람 감염의 가능성을 배제하였다. 하지만 우한 코로나바이러스 S-단백질이 사람 ACE2와의 상호작용도 큰 어려움이 존재한다(이미 입증된 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2와 상호작용하는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개가 우한 코로나바이러스에서 변화가 발생했다). 연구팀은 상기 문제를 해명하기 위해 분자구조 시뮬레이션 연산방법을 사용해 우한 코로나바이러스 S-단백질과 사람 ACE2 단백질 구조 맞물림 연구를 수행하여 놀라운 결과를 얻었다. 비록 우한 코로나바이러스 S-단백질 중 ACE2 단백질과 결합되는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개에 변화가 발생하였지만 변화된 아미노산은 오히려 전체적으로 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 단백질이 상호작용하는 오리지널 구조형태를 매우 완벽하게 유지하고 있었다. 우한 신종 코로나바이러스의 새 구조와 ACE2 단백질의 상호작용력이 소수 수소결합의 손실로 다소 저하(SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 상호작용에 비해 저하)되었으나 결합 자유에너지(binding free energy)는 -50.6 kcal/mol로 여전히 매우 높은 수준에 도달하였다. 동 결과는 우한 코로나바이러스가 S-단백질과 사람 ACE2와의 상호작용 분자 메커니즘을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킴을 입증한다. 해당 연구 성과는 우한 코로나바이러스가 사람에 매우 강한 감염력을 보유함을 예측함으로써 과학적인 예방통제, 예방통제 전략 구축, 검사/중재 기술수단 개발 등을 위해 과학적 이론기반을 마련하였다.

신형 항결핵 약물 개발에 정밀 표적 제공

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퉁지대학교 의학대학 및 부속상하이시폐전문병원 거바오쉐(戈宝学) 연구팀과 상하이과기대학교 라오쯔허(饶子和) 연구팀은 공동으로 결핵균에 존재하고 있는 일종의 매우 총명한 단백질이 인체 단백질 분자를 이용해 자체 면역계를 공격함으로써 결핵병을 유발함을 발견하였다. 해당 연구 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다(https://www.nature.com/articles/s41586-019-1915-7). 결핵병은 지금까지도 세계적으로 감염으로 인한 사망의 주원인이다. 세계보건기구 통계에 따르면 2018년 전세계 새 발병건수는 1,000만 건에 이르는 것으로 나타났다. 항결핵균 약물의 광범위한 사용에 의한 약물내성 결핵병 발생상황은 해마다 심각해지고 있고 이에 따라 커지는 결핵병 치료의 어려움은 세계적인 과제로 되고 있다. 현재까지 결핵균 감염·발병 및 약물내성 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았고 결핵병에 대한 빠르고도 정확한 진단방법도 부족하며 신형 약물이 없는 등 이유로 결핵병에 대한 예방은 여전히 큰 도전에 직면해 있다. 연구팀은 "결핵균과 숙주의 상호작용이 감염성질병 발생의 기초"라는 핵심문제를 둘러싸고 결핵균 감염·발병 과정 중 핵심 병원균과 숙주 분자기계(Molecular Machine)의 구조, 기능 및 조절 메커니즘을 연구하였다. 또한 표적 결핵균과 숙주 상호작용의 차원에서 접근해 신형 항결핵 약물 개발을 추진하였다. 인체가 결핵균에 감염시 결핵균은 독성인자 Rv0222를 분비할 수 있고 Rv0222은 인체의 단백질수식시스템을 이용해 2차 가공을 거친 후 효과적으로 인체면역계 공격에 저항할 수 있다. 이로써 결핵균의 인체면역계로부터 도피 및 발병이 초래된다. 즉, 해당 단백질은 인체 자신의 "창(단백질 분자)"을 이용해 자신의 "방패(면역계)"를 공격함으로써 인체 면역계의 공격을 피해가며 최종적으로 결핵병 발생을 초래한다. 현재 이와 관련한 일련의 성과가 "Nature", "Nature Microbiology" 등 저널에 각각 게재되었다. 해당 연구는 결핵균이 인체 유비퀴틴화 시스템을 이용해 인체 면역공격을 피해가는 도피 메커니즘을 완전하게 서술함으로써 단백질수식시스템의 감염성질병 조절에서의 역할에 대한 이해를 넓혔다. 또한 단백질 구조 분석 및 기능 탐구를 통해 Rv0222 독성 단백질이 76 부위 라이신에서 유비퀴틴화 수식을 발생한 후 독성을 발휘함을 정확하게 규명하였는바 이는 후속 신형 항결핵 약물 개발에 정밀 표적을 제공할 수 있다. 실험현장 실험현장2 실험결과논의

베르베린의 결장직장암 절제술 후의 재발 예방 발견

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상하이교통대학교 의과대학 부속런지(仁济)병원 소화과 팡징위안(房静远) 연구팀은 중국 전통 중약재인 황련(黄连) 추출물 베르베린(berberine, BBR)이 결장직장암 발병전 질환인 선종의 내시경 절제 후 재발을 방지하는 작용이 있음을 입증했다. 해당 연구는 선종 절제술 후의 화학적 예방을 위한 새로운 선택을 제공한다. 결장직장암은 세계에서 가장 흔한 악성종양으로 최근 10년간 발병율이 신속한 증가 추세를 보이고 있다. 약 90% 이상의 결장직장암은 결장직장 선종에서 비롯된다. 50세 이상 성인 중 선종 유병률이 약 30%~40%이며 내시경 절제를 통해 결장직장암의 발병을 예방할 수 있다. 절제술 1년 후의 선종 재발율은 30% 이상이고 3년 후 재발율은 약 50%이다. 선종 재발을 화학적 예방하는 약물과 방법 연구가 진행되고 있지만 개발한 약물은 거의 부작용이나 비싼 가격으로 인해 보급이 어렵다. 결장직장암 예방은 공중보건 분야의 주요 어려움으로 되고 있다. 해당 연구는 상하이교통대학교 의과대학 부속런지병원, 해방군총병원 제7의학센터, 텐진(天津)의과대학교 총병원, 남방의과대학교 남방병원, 샤먼(厦门)대학교 부속중산병원, 난징(南京)대학교 의과대학 부속구러우(鼓楼)병원, 퉁지(同济)대학교 부속상하이제10인민병원 등 7개 병원 소화과에서 공동으로 대규모 무작위, 이중맹검, 플라세보 대조 임상시험 연구를 완성했다. 해당 대조 연구 성과는 "Lancet Gastroenterology and Hepatology"에 게재되었다. 연구팀은 엽산이 50세 이상 성인의 결장직장암 조기 발생을 예방함을 입증하고 대변의 공생 클로스트리듐 검사를 통해 직장 선종과 조기암을 조기경보할 수 있음을 입증했다.