Sterlet (Acipenser ruthenus) Surrogate maybe Reduce the Caviar Development of Critically Endandered Beluga (Huso huso)

물고기 생물학의 깊은 세계에는 멸종을 향해 미끄러져 가고 있는 종들을 구하기 위한 노력이 커지고 있습니다. 캐비아로 유명한 고대 물고기인 많은 철갑상어들은 과도한 어업과 서식지 상실로 인해 개체 수가 급감했습니다. 벨루가와 같이 거대한 일부 종들은 성적으로 성숙하여 번식할 수 있을 만큼 자라는 데 수십 년이 걸립니다. 벨루가가 새끼를 칠 준비가 될 때쯤에는 야생 개체군을 구하기에 너무 늦을 수도 있습니다. 과학자들은 이를 돕기 위해 생식세포 이식이라는 기술에 주목했습니다. 이 방법은 기증 물고기로부터 정자나 난자가 될 아주 초기 단계의 세포를 채취하여 다른 젊은 물고기에게 옮겨 심는 것을 포함합니다. 성공한다면, 숙주 물고기는 기증자의 유전 정보를 지닌 채 성장하게 되며, 기증자와 유전적으로 동일한 자손을 생산할 수 있어 효과적으로 대리 부모 역할을 하게 됩니다. 이 접근 방식은 희귀하고 성장이 느린 성체를 대량으로 살려둘 필요 없이 유전 계통을 보존하는 방법을 제공합니다.

최근 한 연구에서 연구진은 이 대리 전략이 특정 두 철갑상어 종 사이에서 작동할 수 있는지 테스트하고자 했습니다. 바로 멸종 위기종인 벨루가와 더 작고 관리가 용이한 스털렛(Sterlet)입니다. 벨루가는 강의 거인으로 야생에서 성적 성숙에 이르기까지 최대 18년이 걸리는 반면, 스털렛은 훨씬 작고 불과 몇 년 만에 성숙합니다. 연구팀은 어린 벨루가의 미성숙 정자 형성 세포를 가져와 아기 스털렛에게 이식할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 만약 스털렛의 몸이 이 외래 세포들을 받아들인다면, 스털렛은 결국 벨루가 정자를 생산할 수 있게 되어, 과학자들은 자연이 허용하는 것보다 훨씬 빨리 벨루가의 유전 물질을 채취할 수 있게 됩니다. 또한 연구진은 스털렛이 자체적인 생물학적 특성이 아닌 오직 벨루가 세포로부터만 자손을 생산하도록 보장하기 위해, 스털렛을 불임으로 만드는 두 가지 서로 다른 방법을 비교하고자 했습니다.

실험을 시작하기 위해 연구팀은 약 1살 정도 된 어린 수컷 벨루가의 고환 조직을 수집했습니다. 이 연령대의 물고기는 아직 정자를 생산하지 않지만, 고환은 장차 정자가 될 초기 줄기세포들로 가득 차 있습니다. 과학자들은 개별 세포를 분리하기 위해 조직을 조심스럽게 분해했으며, 특수한 회전 기술을 사용하여 원하는 줄기세포를 나머지 조직으로부터 분리했습니다. 그들은 특정 단백질 표지를 확인함으로써 이 세포들이 정말로 맞는 종류인지 확인했는데, 이 표지는 오직 생식세포만이 가지고 있는 것입니다. 깨끗한 벨루가 줄기세포 샘 샘플을 확보한 후, 나중에 추적할 수 있도록 이 세포들에 붉은색 형광 염료를 표시했습니다.

다음 단계는 생식 세포를 받을 아기 스털렛을 준비하는 것이었습니다. 연구진은 스털렛이 자체적인 생식 세포를 발달시키는 것을 막기 위해 두 가지 다른 방법을 사용했습니다. 한 그룹에서는 생식 세포 발달에 필수적인 유전자를 차단하는 분자를 주입하여, 스털렛이 자체적인 정자나 난자를 만드는 것을 효과적으로 방지했습니다. 다른 그룹에서는 열 충격(heat shock)을 가해 일반적인 두 세트의 염색체 대신 세 세트의 염색체를 가진 물고기를 만들었으며, 이 역시 불임을 유발합니다. 그런 다음 연구진은 붉은색으로 표시된 벨루가 세포를 아기 스털렛의 복강 내에 주입하여, 생식 기관이 형성될 위치 근처에 배치했습니다.

이후 두 달 동안 과학자들은 스털렛의 몸 안에서 벨루가 세포가 어떻게 되는지 관찰했습니다. 처음에는 세포들이 복강 내에 무작위로 흩어져 있었습니다. 하지만 시간이 흐르면서 세포들은 발달 중인 생식 기관을 향해 이동하기 시작했습니다. 물고기가 두 달령이 되었을 때, 벨루가 세포들은 성공적으로 스털렛의 생식샘에 자리 잡았고 증식을 시작했습니다. 연구진은 세포 수를 셌고, 세포들이 숫자가 늘어났음을 발견했는데, 이는 벨루가 줄기세포가 단순히 생존하는 것을 넘어 스털렛 내부에서 활발히 성장하고 있음을 증명했습니다.

연구팀이 스털렛을 불임으로 만든 두 가지 방법을 비교했을 때, 명확한 차이가 나타났습니다. 유전자 차단 분자로 처리된 물고기가 훨씬 높은 성공률을 보였습니다. 이 물고기들에서 벨루가 세포는 열 충격을 통해 불임이 된 물고기보다 더 효과적으로 이동하고 더 활발하게 증식했습니다. 유전자 분석 결과, 스털렛의 생식 기관에 벨루가 세포가 존재함이 확인되었으며, 처리된 대부분의 물고기에서 벨루가 생식세포의 분자 표지가 발견되었습니다. 이 연구는 스털렛의 몸이 실제로 벨루가 생식세포의 성장을 지원하여, 멸종 위기종의 유전적 청사진을 지닌 살아있는 숙체를 만들어낼 수 있음을 보여주었습니다.

이 작업은 더 작고 성장이 빠른 철갑상어를 멸종 위기에 처한 벨루가의 대리인으로 사용하는 것이 가능하다는 것을 입증합니다. 비록 이 연구가 아직 실제 벨루가 자손을 만들어내지는 못했지만, 첫 번째 결정적인 단계인 기증 세포가 숙주 내부에서 생존하고, 이동하며, 성장하는 것을 달성할 수 있음을 증명했습니다. 연구 결과는 호스트를 불임으로 만드는 데 유전자 차단 방식을 사용함으로써, 과학자들이 벨루가의 유전 물질을 보존하기 위한 신뢰할 수 있는 시스템을 구축할 수 있음을 시사합니다. 이 접근 방식은 보존을 위한 실질적인 경로를 제공하며, 잠재적으로 과학자들이 야생에서 자연적으로 성숙하기를 기다리는 것보다 훨씬 일찍 귀중한 유전 물질을 채취할 수 있게 해줍니다.