Biological recognition of mirror-image glycans
이 연구는 인간의 면역 수용체와 항체를 포함한 기존의 생물학적 시스템이 거울상 당(glycans)을 인식하고 상호작용할 수 있음을 입증하며, 이는 카이랄 반전이 자연적 유기체와 가상의 거울상 유기체 사이의 분자 인식력을 저해할 것이라는 가설에 도전한다.
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지구상의 생명체는 마치 오른손이 왼손 장갑에 들어맞지 않는 것처럼, 특정한 방향성을 가진 분자들로 구성되어 있습니다. '카이랄성(chirality)'이라고 알려진 이 특성은 우리 몸을 구성하는 당, 단백질 및 기타 구성 요소들이 가상의 '거울 생명체' 세계의 모습과는 거울상인 형태를 띠고 있음을 의미합니다. 과학자들은 만약 그러한 거울 생명체가 존재한다면 어떤 일이 벌어질지 오랫동안 궁금해해 왔습니다. 흔한 공포 중 하나는 침입자에 맞서 방어 부대 역할을 하는 우리의 면역 체계가 그들에게 완전히 눈먼 상태가 될 것이라는 점입니다. 우리의 방어 기제는 천연 당과 단백질의 특정한 형태를 인식하도록 훈련되어 있기 때문에, 거울상 침입자는 감지되지 않은 채 몰래 빠져나가 기존의 모든 생명체에 치명적인 위협을 가할 수도 있습니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해, 연구진은 면역 체계의 센서가 실제로 이러한 거울상 당들을 감지할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 그들은 모든 세포 표면을 코팅하고 있는 복잡한 당 구조인 글리칸(glycans)에 주목했습니다. 이 당들은 면역 체계에 세포가 신체의 일부인지 아니면 외부 침입자인지를 알려주는 신분증 역할을 합니다. 핵심 질문은 간단했습니다. 만약 당 분자가 그 거울상 이미지로 뒤집힌다면, 보통 이 신분증을 읽는 단백질들이 여전히 그것을 알아볼 수 있을 것인가 하는 점이었습니다.
북미와 유럽 전역의 대학들로부터 모인 과학자 팀은 이 질문에 답하기 위해 영리한 실험을 설계했습니다. 그들은 수천 개의 당 분자로 코팅된 아주 작은 바이러스 라이브러리를 만들었습니다. 어떤 바이러스들은 천연 당을 입고 있었고, 다른 바이러스들은 그들의 거울상 버전의 당을 입고 있었습니다. 그런 다음 그들은 정제된 단백질, 혈구, 심지어 살아있는 생쥐를 포함한 다양한 인간 면역 성분에 이 바이러스들을 노출시켰습니다. 목표는 면역 체계가 거울상 당을 무시할 것인지, 아니면 어떤 방식으로든 그것을 인식할 것인지를 확인하는 것이었습니다.
결과는 놀라웠습니다. 면역 체계는 이전에 생각했던 것만큼 거울 생명체에 대해 눈이 멀어 있지 않았습니다. 연구진이 박테리아를 탐지하는 데 도움을 주는 특정 면역 수용체인 DC-SIGN을 테스트했을 때, 이 수용체가 거울상 당에도 결합할 수 있다는 것을 발견했습니다. 구체적으로, 이 수용체는 자연 상태의 짝을 인식하도록 설계되었음에도 불구하고, 포도당과 갈라토스의 거울상 버전을 붙잡았습니다. 이러한 결합은 실수나 무작위적인 사고가 아니라, 바이러스 표면에 있는 당의 정확한 모양과 밀도에 의존하는 특정한 반응이었습니다. 실제로 연구진은 이 수용체가 자연적인 것들과 마찬가지로 서로 다른 거울상 모양들을 구별할 수 있다는 것을 발견했으며, 이는 당 코드를 읽는 방식에 있어 놀라운 유연성을 보여주었습니다.
이러한 거울상 당 인식 능력은 단 하나의 단백질에 국한되지 않았습니다. 연구팀이 인간 혈액 세포를 테스트했을 때, 특정 유형의 백혈구, 특히 T세포가 거울상 당에 결합한다는 것을 발견했습니다. 더욱이, 인간의 혈액에서 발견되는 천연 항체들은 이러한 거울상 구조에 대해 광범위한 반응을 보였습니다. 어떤 사람들은 거울상 만노스를 인식하는 항체를 가지고 있었고 어떤 이들은 그렇지 않았는데, 이는 인간의 면역 레퍼토리가 이러한 외래 형태를 포착할 수 있을 만큼 충분히 다양하다는 것을 시사합니다.
연구팀은 살아있는 동물 내에서 어떤 일이 일어나는지도 살펴보았습니다. 연구진이 당으로 코팅된 바이러스를 생쥐에게 주입했을 때, 거울상 당은 바이러스가 체내 어디로 이동할지를 변화시켰습니다. 천연 당은 바이러스를 간으로 보내는 경향이 있었던 반면, 특정 거울상 당들은 바이러스를 비장으로 보내거나 혈액 속에 머물게 했습니다. 이는 당 분자의 모양이, 설령 그 입자가 거울상 물질로 만들어졌을지라도, 신체가 외래 입자를 처리하는 방식을 결정하는 강력한 신호임을 증명했습니다.
하지만 인식이 보편적인 것은 아니었습니다. 면역 체계가 모든 거울상 당을 똑같이 인식하는 것은 아니었습니다. 예를 들어, 거울상 포도당과 갈락토스는 다양한 면역 성분에 의해 포착되었지만, 거울상 만노스는 테스트된 정제 단백질들에 의해 대체로 무시되었습니다. 이는 면역 체계가 거울 생명체와 복잡한 관계를 맺고 있음을 시사합니다. 즉, 완전히 눈이 먼 것은 아니지만, 그렇다고 모든 것을 다 파악하고 있는 것도 아닙니다. 어떤 거울상 모양은 보이고, 어떤 모양은 숨겨진 채 남아 있습니다.
이러한 발견은 거울 생명체가 우리의 방어 체계에 보이지 않을 것이라는 생각을 뒤집습니다. 대신, 이는 우리의 면역 체계가 자신이 진화 과정에서 보아온 것의 반대되는 구조와도 상호작용할 수 있는 일종의 가소성을 지니고 있음을 시사합니다. 이것이 우리가 거울 세계의 침공에 완전히 대비되어 있다는 뜻은 아니지만, 생물학적 인식이라는 경계가 한 번에 믿어지는 것만큼 절대적이지 않다는 것을 보여줍니다. 면역 체계는 거울상을 볼 수 있고, 때로는 움켜잡을 수도 있으며, 이는 분자의 손잡이(방향성)라는 차이를 넘어 생물학적 인식이 어떻게 작동하는지에 대한 새로운 장을 열어주고 있습니다.
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