약물 피해 달아나는 '튀는 세포'→제어 가능하다 작성일 12-29 86 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">IBS 등 공동연구팀, 생물학의 난제 ‘세포 잡음’ 관련 연구 결과 발표</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="uvKhvFZvCV"> <p contents-hash="a3a462c9e72800b3c07f365333f1db8ab078a71f99adda2e6bbea5feea803031" dmcf-pid="7T9lT35Tv2" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 암 치료가 성공적으로 끝났는데도 재발하거나, 강력한 항생제를 써도 일부 세균이 살아남는다. 그 핵심 원인 중 하나로 세포 내부에서 무작위로 발생하는 ‘생물학적 잡음(Biological Noise)’이 지목된다.</p> <p contents-hash="d850ac6c3aa9e573ad7ee9e0c40ccd81da72f817a16fb2784103b2bb48943e59" dmcf-pid="zy2Sy01yC9" dmcf-ptype="general">유전자가 같은 세포라도 단백질 양이 저마다 달라 약물 치료를 피해 살아남는 ‘아웃라이어(Outlier, 튀는 세포)’가 생겨나기 때문이다. 그동안 과학자들은 세포 집단의 평균값만 조절할 수 있었을 뿐, 개별 세포의 불규칙한 변동성을 제어하는 일은 오랜 숙제로 남아 있었다.</p> <p contents-hash="32839420e97858707f869d3bcaba45e197711507f08de362f0c97f8a70e96c94" dmcf-pid="qWVvWptWWK" dmcf-ptype="general">기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 김영덕) 의생명 수학 그룹 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수)와 POSTECH 수학과 김진수 교수, KAIST 공학생물학대학원 조병관 교수 공동연구팀은 수학적 모델링을 통해 세포 내부의 생물학적 잡음을 제거하고 세포의 운명을 정밀하게 제어할 수 있는 ‘잡음 제어 원리’를 이론적으로 확립했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f61a0e1ced7a81bebdcc586a554b29270ad2430a277b1c8b89a9c4fdc62c2310" dmcf-pid="BYfTYUFYTb" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="기초과학연구원. [사진=IBS]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/inews24/20251229122105511wtfn.jpg" data-org-width="560" dmcf-mid="U5guqQ4qlf" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/29/inews24/20251229122105511wtfn.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 기초과학연구원. [사진=IBS] </figcaption> </figure> <p contents-hash="e151b23704289c2ce4274780fe3a44d26668ef518baadd1dc310ab3056c8560f" dmcf-pid="bG4yGu3GhB" dmcf-ptype="general">이는 단일 세포 수준의 정밀 제어 기술이다. 암 치료와 합성생물학 분야의 난제를 해결할 새로운 이정표가 될 전망이다.</p> <p contents-hash="f3bbb29f900c12fdc22c8a527a090785d7a14ce049c7ab052854cc09ba12520f" dmcf-pid="KH8WH70Hlq" dmcf-ptype="general">우리 몸의 세포들은 생존을 위해 항상성을 유지한다. 실제 세포 내부 환경은 끊임없이 변화한다. 기존 유전자 회로 기술은 세포 집단의 평균 단백질 양은 맞출 수 있었는데 개별 세포 간의 편차인 잡음은 오히려 증폭시키는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="07d2a2ebc30fca3eb4abac890b9a432f5cce7a54edfbafeac663174c613e3261" dmcf-pid="9w3kwylwyz" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 ‘냉온탕을 오가는 샤워기’에 비유했다. 샤워기 물 온도의 평균을 40도로 맞췄더라도, 실제로는 펄펄 끓는 물과 얼음물이 번갈아 나온다면 정상 샤워가 불가능한 것과 같은 이치다.</p> <p contents-hash="c922e1fd45f89a5c49b1ee13d4c3221dbd91c5c24c9ccd1d362965de50c91126" dmcf-pid="2r0ErWSrh7" dmcf-ptype="general">이처럼 ‘평균의 함정’에 빠져 통제를 벗어난 소수의 세포들은 암 재발이나 항생제 내성을 일으키는 주범이 된다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘잡음 제어기(Noise Controller, NC)’라는 새로운 수학적 모델을 고안했다.</p> <p contents-hash="5ff0c64b6a3506299884e89a154dd7d25bece29df16bf090e8e30bcda0f0ff92" dmcf-pid="VmpDmYvmSu" dmcf-ptype="general">연구팀은 먼저 시스템의 최종산출물이 서로 결합해 짝을 이루는 ‘이합체(dimer) 반응’을 이용해 세포마다 달라지는 산출물의 분산을 조절할 수 있을지 검토했다. 그 과정에서 이합체 반응이 세포 상태의 흔들림, 즉 잡음을 감지하는 센서 역할을 할 수 있음을 확인했다.</p> <p contents-hash="dcc7c847ea90a738b48bb260e5b3ffdda7b16eb82ab43fca64643bfa2fefb8ae" dmcf-pid="fsUwsGTsvU" dmcf-ptype="general">초기 시도에서는 이 방법만으로 세포 간 차이를 줄이는 데는 한계가 있었다. 이에 따라 특정 물질이 필요 이상으로 많이 만들어질 경우 이를 바로 줄여주는 장치가 함께 필요하다고 판단했다. 단백질이 과도하게 많아지면 즉각적으로 분해하는 ‘분해 기반 작동(degradation-based actuation)’ 원리를 결합했다.</p> <p contents-hash="161c98b2ceaba0bb41e3800dbad7c3a1824f54e5837ded34e61fbe02e84dc13d" dmcf-pid="4OurOHyOCp" dmcf-ptype="general">그 결과, 외부 환경 변화에도 세포 내 잡음 수준을 일정하게 유지하는 ‘잡음 견고 완전 적응(Noise Robust Perfect Adaptation, Noise RPA)’을 이론적으로 구현해냈다. 이를 통해 세포 간 편차를 보편적인 생물학적 시스템이 도달할 수 있는 최소 수준까지 억제하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="7057a74f4ad357e458dbc1c58bf04b858299c497774877247704e1fcb7cf0c5f" dmcf-pid="8I7mIXWIl0" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 모델을 대장균의 DNA 복구 시스템에 가상으로 적용해 성능을 입증했다. 기존 시스템에서는 DNA 손상을 복구하는 단백질의 양이 세포마다 크게 달라 약 20%의 세포가 복구에 실패해 사멸했다.</p> <p contents-hash="cf07ac00b451dbc057ee98b9573d6fab58839714567e54eafa39a0cbee5aaf9a" dmcf-pid="6CzsCZYCC3" dmcf-ptype="general">잡음 제어기(NC)를 적용해 모든 세포의 단백질 양을 균일하게 조절하자 사멸률을 7%까지 낮출 수 있었다. 정교한 수학적 원리만으로 세포의 생존율을 획기적으로 끌어올린 것이다. 이는 기존의‘평균 제어’ 패러다임을 넘어, 개별 세포 하나하나를 정밀하게 다루는‘단일 세포 제어’를 실현했다는 점에서 의미가 크다.</p> <p contents-hash="24e55a44447decb3c75b6aad5e496a547be0e0e21365826b774d7b5638e67851" dmcf-pid="PhqOh5GhhF" dmcf-ptype="general">연구를 이끈 김재경 CI(KAIST 수리과학과 교수)는 "생명 현상에서 운이나 우연으로 치부되던 세포 간 잡음을 수학적 설계를 통해 제어 가능한 영역으로 가져왔다는 데 의의가 있다”며 "앞으로 암 치료 내성 극복, 고효율 스마트 미생물 개발 등 정밀한 세포 제어가 필수적인 분야에서 핵심적인 역할을 할 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="53d601c193a764e0832e7ced3d9b15b580bd8133f1832b0a190ea81d67e5e3fb" dmcf-pid="QlBIl1HlWt" dmcf-ptype="general">공동 교신저자인 김진수 POSTECH 교수는 "반응 네트워크 이론을 이용한 세포 내 잡음의 이론적 수식에서 출발해 실제 생물학적 기전을 설계했다는 점에서, 수학 모형의 힘을 잘 보여주는 연구”라고 설명했다.</p> <p contents-hash="baa943cbb83294addfb109f597d03b0441892a4b38e861f18076e1a9c6909c92" dmcf-pid="xDFcDThDT1" dmcf-ptype="general">연구 결과(논문명: Toward Single-Cell Control: Noise Robust Perpeft Adaptation in Biomolecular Systems)는 12월 24일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 실렸다.</p> <address contents-hash="2bc4b04da5fa6ac8f93874737016d5f249a6238f72a31bf53f172730f1fb52b6" dmcf-pid="yqguqQ4qv5" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<span>(ikokid@inews24.com)</span> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 김장훈, 4m 추락 사고로 고소공포증 “죽을 뻔했다‥와이어 대신 크레인 타” (라디오쇼) 12-29 다음 日 IT전문가 “갤럭시Z트라이폴드 완성도·품질, 다른 스마트폰과 차원이 달라” 12-29 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
