새 연구: 세포 구조와 기능을 밝히는 혁신적 방법과 의학 및 농업의 진보

Seoul미 에너지부 브룩헤이븐 국립 연구소의 과학자들이 세포를 손상 없이 자세히 관찰할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 방법은 두 가지 X선 기술인 컴퓨터 단층촬영(XCT)과 형광 현미경(XRF)을 활용합니다.

핵심 요점:

• 이 기법은 세포의 세밀한 구조와 화학적 구성을 포착합니다.
• 세포가 어떻게 기능하고 상호작용하는지를 이해하는 데 도움이 됩니다.
• 의학, 농업 및 기타 여러 분야에 응용 가능성이 있습니다.

연구팀은 연구를 위해 인간 배아 신장 세포(HEK) 293 라인을 사용했습니다. 이러한 세포는 배양하기는 쉽지만 X선 촬영이 어렵습니다. 따라서 샘플을 준비하는 데 복잡한 절차를 따라야 했습니다.

먼저, 세포의 구조를 보존하기 위해 파포름알데히드로 처리합니다. 그런 다음, 액체 에탄을 사용하여 샘플을 빠르게 냉동시킵니다. 이후 샘플을 액체 질소로 이동합니다. 마지막으로, 세포 구조를 유지하면서 물을 제거하기 위해 샘플을 냉동 건조합니다.

이미지 기술:

• XCT: 이 기법은 세포의 물리적 구조를 포착하는데 활용됩니다. X선을 사용하여 샘플을 단면으로 보여줍니다.
• XRF 현미경: 이 기법은 세포 내 요소의 분포를 밝혀줍니다. 고에너지 X선을 사용하여 물질을 자극하면 X선 형광을 방출하게 되는데, 이를 통해 세포의 화학적 조성을 이해할 수 있습니다.

브룩헤이븐의 수석 과학자인 샹후이 샤오는 두 가지 기술을 함께 사용하는 장점에 대해 설명했다. XCT는 세포의 3D 이미지를 제공하여, 특정 영역에 XRF 측정을 집중시키는 데 도움을 준다. 이 방법은 시간을 절약할 뿐만 아니라 과도한 X선 노출로 인해 세포가 손상될 가능성을 줄여준다.

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새로운 방법들은 실제 활용도를 높일 수 있습니다. 브룩헤이븐 연구소의 과학자인 양 양은 이 방법들이 약물 전달에 도움이 될 수 있다고 말했습니다. 세포의 일부분을 이미지화하고 치료 중에 요소들이 어떻게 변화하는지를 추적함으로써, 과학자들은 약물이 세포 내에서 어떻게 작용하는지에 대해 더 많이 알 수 있게 됩니다.

미래 응용 분야:

• 인간 세포와 세포 소기관 연구
• 병원성 곰팡이와 유익한 세균의 분석
• 병원체와 숙주의 상호작용 이해
• 인간 미생물군집 연구
• 식물과 곰팡이 간의 공생 관계 조사

브룩헤이븐의 구조 생물학자인 Qun Liu는 이 기술이 수수와 같은 작물을 연구하는 데 도움이 될 수 있다고 언급했습니다. 수수는 바이오에너지원으로 중요하며, 해로운 곰팡이인 Colletotrichum sublineola와의 상호작용을 이해하면 작물을 보호하는 더 나은 방법을 찾을 수 있습니다.

이 새로운 이미징 기법은 생물학적 시스템의 작동 방식을 이해하는 데 도움을 줍니다. 이는 세포를 관찰하는 방법을 개선하고, 세포를 더 잘 이해할 수 있는 새로운 도구를 만들어냅니다. 이 분야가 계속 발전함에 따라, 우리는 세포의 구조와 기능을 더욱 명확하게 볼 수 있을 것입니다.

이 연구는 브룩헤이븐의 연구소 주도 연구 개발과 에너지부 과학국의 지원을 받아 수행되었습니다.