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건강, 공학, 과학, 생명공학, 생물, 약학, 융합과학, 의학

강력한 조직 표면 접착 및 활성 주사 약물 전달을 위한 파란 고리 문어에서 영감을 받은 마이크로니들 패치

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초록
조직내 국소 약물은 ​​피부, 점막 또는 내장 질환의 치료에 중요합니다. 그러나 체액의 접착을 보장하면서 적절하고 제어 가능한 약물 전달을 제공하기 위한 관통 표면 장벽은 여전히 ​​어려운 과제입니다. 여기에서 파란 고리 문어의 약탈적인 행동은 국소 약물을 개선하기 위한 전략에 영감을 주었습니다. 효과적인 조직 내 약물 전달을 위해 푸른 고리 문어의 치아와 독액 분비물에서 영감을 받아 능동형 주사 미세바늘을 준비하였다. 온도에 민감한 소수성 및 수축 변화에 따른 온디맨드 방출 기능을 통해 이러한 미세 바늘은 초기 단계에서 적절한 약물 전달을 제공한 다음 장기 방출 단계를 달성할 수 있습니다. 그 동안에, 바이오닉 흡입 컵은 젖었을 때 미세 바늘이 제자리에 단단히 고정되도록(>10 킬로파스칼) 개발되었습니다. 습식 결합 능력과 다중 전달 방식으로 이 마이크로니들 패치는 궤양의 치유 속도를 가속화하거나 종양의 조기 진행을 멈추는 등 만족스러운 효능을 달성했습니다.

소개
조직내 국소 약물은 ​​신속한 작용, 높은 약물 생체이용률 및 최소 침습성의 장점을 가지고 있으며, 종양 성장 억제, 장기 질환 감소 또는 외상 치유 가속화에 빠르고 효과적인 치료를 제공합니다( 1 – 3 ) . 그러나 이 약물 전달 방법의 철저한 개발을 위해서는 해결해야 할 많은 문제가 남아 있습니다. 예를 들어, 구강 또는 복강에 적용할 때 체액 또는 삼출물에 의해 젖은 연조직 표면에 대한 약물 전달체는 건조하고 단단한 표면에 있는 약물 전달체에 비해 접착이 어려워 약물 손실 가능성이 증가합니다( 4 ) . 한편, 약물을 점액으로 전달하거나 삼출물이 표적 부위에 진입하는 데 장애가 되는 것에도 어려움이 있습니다( 2 , 5). 또한 항염증, 항협심증, 항종양 등 많은 상황에서 약물을 투여할 때 약물 방출의 농도 조절이 필요하므로 빠른 발병 및 장기간 유지 요법을 달성할 수 있다( 6 – 8 ) . 이제 일부 전달 플랫폼이 천공 능력( 1 , 5 , 9 ) 또는 다른 표면 투여 습식 접착 플랫폼이 조직 표면에 결합할 수 있는 능력(1, 5, 9 )으로 조직으로 제어된 약물 방출을 달성하기 위해 개발되었지만 ( 2 , 10 ), 소수의 포뮬라가 조직내 국소 약물에 대한 모든 임상적 요구를 충족할 수 있는 우수한 특성을 나타낼 수 있습니다.
절묘한 외모와 치명적인 독성으로 유명한 푸른 고리 문어는 습한 환경에서 먹이를 단단히 잡고 입으로 가져가 먹이의 껍질을 깨물고 독을 뿜어 죽입니다( 11 ) . 여기에서 파란색 고리 문어의 포식 행동에서 영감을 받아 약물 전달 능력을 제어할 수 있는 습식 결합 마이크로니들 패치인 실크 피브로인-플루로닉 F127(Silk-Fp)-폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm)가 개발 되었습니다 . 조직 표면 접착 및 효과적인 국소 약물을 달성합니다( 그림 1A ). 구체적으로, 플루로닉 F127(F127) 기반 하이드로겔 흡입 컵은 습식 접착 기능을 제공하기 위해 Silk-Fp로 제조됩니다( 그림 1B).). 흡입 컵의 내벽은 탄닌산(TA)으로 변형되어 생체 적합성 화학 결합을 제공합니다( 12 ). 또한, 유연한 컵형 구조는 기압차( 13 , 14) 로 인해 물리적 접착을 달성할 수 있을 뿐만 아니라) 액체 환경으로부터 내부 화학 결합 계면을 보호할 수도 있습니다. 따라서 Silk-Fp 패치는 물리적/화학적 접합 능력에 따라 젖은 조직에 저항하고 며칠 동안 안정적으로 유지될 수 있습니다. 게다가, Silk-Fp 패치에 실크 피브로인(SF)과 PNIPAm을 포함하는 제어 가능한 약물 방출 하이드로겔 마이크로니들(MN)은 효과적인 조직 내 약물 전달을 달성하도록 설계되었습니다. ( 15 , 16), 이러한 복합 하이드로겔 마이크로니들(Silk-Fp MNs)은 구강 궤양 또는 초기 표재성 종양을 치료하기 위해 적용됩니다. Silk-Fp MN은 조직 표면의 점액층 또는 부드러운 장벽을 관통할 수 있으며, 그런 다음 두 가지 투여 모드인 급속 발병 및 장기 유지 치료를 차례로 활성화할 수 있습니다(그림 1C ). 간단히 말해서, Silk-Fp MN은 높은 종횡비 구조와 신뢰할 수 있는 강도로 인해 생체 내에서 궤양이나 종양에 구멍을 뚫는 것으로 관찰됩니다( 17 , 18 ). 표적 조직에 들어간 후 수축하는 Silk-Fp MN 은 상전이 온도 이상 으로 가열될 때 PNIPAm이 친수성 상태에서 소수성 상태로 변환되기 때문에 약물 용액의 일부를 주입할 수 있습니다 .). 따라서 Silk-Fp MN은 치료 초기 단계에서 충분한 약물 농도(<2시간)를 제공할 수 있습니다. 그런 다음 다음 2일 동안 Silk-Fp MN은 하이드로겔 상태로 치료 효과를 유지하기 위해 나머지 약물을 점진적으로 전달할 것입니다( 그림 1C ). 따라서 생체 공학적 Silk-Fp 패치는 안정적인 습식 접착력과 제어 가능한 조직 내 약물 전달 기능을 가지고 있어 DEX 방출을 통해 구강 궤양의 치유 속도를 높이거나 5-FU를 탑재했을 때 종양 성장을 거의 완전히 정체시킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

 그림 1 . 푸른 고리 문어에서 영감을 받은 약물 전달 패치.
( A ) 히드로겔 마이크로니들(MN) 흡인컵 약물 전달 플랫폼은 파란 고리 문어의 포식 과정을 모방하여 개발되었습니다. 이 재료는 젖은 조직 표면 접착 및 자체 제어 다단계 약물 방출을 달성합니다. ( B ) 하이드로겔 흡인 컵의 조직 접착은 부압 고정 및 페놀 수산기 그룹과 조직 단백질 사이의 공유/수소 결합에서 비롯됩니다. ( C ) 패치의 약물 적재 MN은 실크 피브로인, F127 및 PNIPAm 복합 하이드로겔로 구성됩니다. 이 MN은 조직에 침투한 후 체온을 감지하고 2시간 이내에 신속한 약물 전달을 제공한 다음 지속적인 약물 방출을 실행하여 수일 내에 치료 효과를 유지함으로써 주입 동작을 지능적으로 활성화할 수 있습니다.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2213

Blue-ringed octopus-inspired microneedle patch for robust tissue surface adhesion and active injection drug delivery

SCIENCE ADVANCES
21 Jun 2023
Vol 9, Issue 25
DOI: 10.1126/sciadv.adh2213

건강, 과학, 보건의료정책, 생물, 식품과학, 융합과학, 의학, 장건강

수렵 채집 생활 방식은 번성하는 장내 미생물 군집을 촉진합니다

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Tanzanian Hadza 그룹의 샘플에는 이전에 과학에 알려지지 않은 종이 포함되었습니다.

인간의 내장은 수조 개의 미생물로 가득 차 있지만, 이 광대한 공동체에 대한 대부분의 연구는 도시 지역에 사는 사람들에 초점을 맞추었습니다. 이제 연구팀은 탄자니아 북부의 수렵 채집 사회 구성원인 Hadza 사람들의 장내 미생물군을 시퀀싱하고 이를 네팔 및 캘리포니아 사람들의 미생물군과 비교했습니다 1 . 이 연구는 Hadza가 다른 그룹의 사람들보다 장내 미생물이 더 많은 경향이 있을 뿐만 아니라 서구식 생활 방식이 장내 개체군의 다양성을 감소시키는 것으로 보인다는 사실을 발견했습니다.

Hadza에는 1인당 평균 730종의 장내 미생물이 있었습니다. 평균적인 캘리포니아 장내 마이크로바이옴은 277종에 불과했고 네팔 마이크로바이옴은 그 사이에 속했습니다. 농업 기반 생활 방식을 가진 사람들은 평균 436종의 미생물을 가지고 있는 반면, 채집 생활을 하는 사람들은 평균 317종을 가지고 있었습니다.

팀은 또한 코르크 따개 모양의 박테리아 Treponema succinifaciens 와 같이 캘리포니아 샘플에는 존재하지 않는 종을 Hadza 마이크로바이옴에서 발견했습니다 . 네팔 마이크로바이옴 중 일부에만 이 미생물이 포함되어 있어 사회가 산업화됨에 따라 박테리아가 죽어가고 있음을 시사합니다.

균형 조정
이전 연구에서는 인간의 장내 미생물이 지역과 라이프스타일에 따라 다르지만 산업화되지 않은 인구의 데이터가 부족하다는 사실을 발견했다고 캘리포니아 스탠포드 대학의 미생물학자인 저스틴 소넨버그(Justin Sonnenburg)는 말했습니다. “시퀀싱 노력의 일부는 그 격차를 메우고 과소 대표되는 세계 지역에 더 많은 데이터를 제공하는 것이었습니다.”라고 그는 말합니다.
비산업적 라이프스타일을 사는 사람들의 마이크로바이옴이 산업화된 사회의 사람들보다 더 다양하다는 것은 잘 알려져 있지만, 연구 결과는 그 차이가 이전에 생각했던 것보다 더 뚜렷하다는 것을 보여줍니다. 스탠포드에서.

“데이터는 인간 마이크로바이옴에 대한 우리의 그림을 크게 확장합니다. “시퀀스에 숨겨진 숨겨진 이야기가 있다고 확신합니다.”

연구원들은 2013년에서 2014년 사이에 유아와 어머니를 포함한 167명의 Hadza 사람들로부터 수집한 대변 샘플에서 미생물군을 시퀀싱했습니다. 2021년 연구 2 에서 식단이 마이크로바이옴에 미치는 영향을 조사했습니다.

다양성 감소
이 샘플에서 Sonnenburg와 그의 팀은 박테리아, 박테리아를 감염시키는 바이러스, 고세균 및 진핵생물이라고 불리는 그룹의 단세포 유기체를 포함하여 인간 장에서 발견되는 미생물로부터 90,000개 이상의 게놈을 시퀀싱했습니다. 이러한 미생물 게놈의 약 44%는 통합 인간 위장관 게놈 데이터베이스와 같은 대규모 카탈로그에 아직 기록되지 않았습니다. Hadza 샘플에서 복구된 게놈 시퀀스 중 1,000개 이상이 과학에 새로운 박테리아 또는 고세균 종에서 유래했습니다.

게다가, 산업화된 집단에서 흔히 발견되는 장내 미생물 종은 종종 산화적 손상에 반응하는 것과 관련된 유전자를 포함하고 있습니다. 연구진은 내장의 만성 염증이 그러한 손상을 유발하여 해당 유전자에 대한 선택적 압력을 생성할 수 있다고 의심한다고 Stanford의 미생물학자인 매튜 올름(Matthew Olm)은 말했습니다. “만성 염증 상태에 있다면 장내 미생물군이 적응해야 한다는 것이 이치에 맞을 것입니다.”라고 그는 말합니다. 이 유전자는 Hadza microbiome에서 검출되지 않았습니다.

호주 멜버른에 있는 Hudson Institute of Medical Research의 미생물학자인 Samuel Forster는 비서구 인구를 연구하면 인간 장내 미생물 군집에 대한 보다 완전한 그림을 구축하고 라이프스타일과 지역에 따라 어떻게 다른지 파악하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. 이것은 연구원들이 산업화된 인구에서 어떤 종이 ​​사라지고 있는지, 그리고 이것이 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지 추적하는 데 도움이 될 수 있다고 Forster는 말합니다. “우리는 우리가 가지고 있는 미생물의 완전한 보완을 이해할 기회가 있습니다.”라고 그는 말합니다. “멸종되기 전에 지금 이해함으로써 멸종 사건을 효과적으로 피하고 있습니다.”

Hunter-gatherer lifestyle fosters thriving gut microbiome
Samples from the Tanzanian Hadza group included species previously unknown to science.

References
Carter, M. M. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.046 (2023).
Wastyk, H. C. et al. Cell 184, 4137–4153 (2021).

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02065-y

건강, 과학, 과학기술정책, 보건의료정책, 생명공학, 생물, 약학, 융합과학, 의학, 화학

유전자 치료 혁명은 우리가 의약품 가격 책정에 관해 이야기하지 않으면 멈출 위험

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The gene-therapy revolution risks stalling if we don’t talk about drug pricing

Regulation and new intellectual property laws are needed to reduce the cost of gene-editing treatments and fulfil their promise to improve human health.

유전자 편집 치료 비용을 줄이고 인간의 건강을 개선하겠다는 약속을 이행하기 위해서는 규제와 새로운 지적 재산권 법이 필요합니다.

A gene-editing therapy to correct deformed red blood cells in sickle-cell disease is in the works — but at what cost?Credit: Eric Grave/SPL

“우리는 데옥시리보스핵산(DNA)의 염 구조를 제안하고자 합니다 . “이 구조는 상당한 생물학적 관심을 끄는 새로운 특징을 가지고 있습니다.”

 

이 유명한 단어가 발표된 후 70년 동안 연구자들은 이러한 특징을 밝히고 의학에 활용하기 위해 엄청난 노력을 기울였습니다. 그 결과 질병의 유전적 원인과 이를 치료하기 위해 고안된 수많은 치료법에 대한 이해가 활발해졌습니다.

 

지금으로부터 70년 후, 세계는 2023년을 랜드마크로 돌아볼 수도 있습니다. 올해는 CRISPR–Cas9 유전자 편집을 기반으로 한 치료법의 첫 번째 승인을 볼 수 있습니다. 이 치료법은 신체의 비생식(체세포) 세포의 DNA를 수정하는 것과 관련이 있습니다. 유전자 편집을 통해 과학자는 곧 임상의가 게놈의 표적 영역을 변경하여 잠재적으로 질병을 유발하는 유전자를 ‘교정’할 수 있습니다. 미국, 유럽 연합 및 영국의 규제 당국은 겸상적혈구 질환을 치료하기 위해 이 접근법을 사용하는 요법을 평가하고 있으며 향후 몇 개월 내에 결정이 내려질 수 있습니다.

 

그러나 그러한 발전이 이루어지고 있음에도 연구자들은 질병 치료에 있어서 유전자 편집의 미래 역할과 다른 더욱 확립된 형태의 유전자 치료에 대해 걱정하고 있습니다. 유전자 요법은 현재 눈에 띄는 가격표를 달고 있어 이를 필요로 하는 많은 사람의 손이 닿지 않는 곳에 있습니다. 높은 가격은 유전자 치료 연구에 대한 정부 자금 지원자의 의지를 감소시킬 수 있습니다. 그리고 그 결과 연구 기관이 해당 분야에서 최고의 인재를 지속해서 유치하는 것이 더 어려워질 것입니다. 연구원, 특히 건강 경제학자는 더 저렴한 자금 조달 모델을 찾기 위해 업계 및 정부와 긴급하게 협력해야 합니다.

 

백만 달러짜리 치료

CRISPR–Cas9의 빠른 임상 경로는 바이러스를 사용하여 유전자를 세포로 이동시키는 유전자 치료법의 꾸준한 발전 때문에 마련되었습니다. 지난 10년 동안 규제 당국은 면역 세포를 조작하여 암을 치료하는 CAR-T 세포 치료법과 같은 여러 유전자 치료법을 승인했습니다. 수백 개가 더 임상 시험에 있습니다.

 

이러한 치료법은 일반적으로 단일 치료에 미화 100만 달러 정도의 비용이 들며 병원 입원 및 세포 분리 및 조작에 필요한 절차와 같은 관리 비용을 고려하면 더 큰 비용이 듭니다. 작년에 미국 식품의약처(FDA)는 혈액 응고를 손상하는 유전병인 B형 혈우병을 치료하는 최초의 유전자 요법. 가격은 치료 당 350만 달러로 세계에서 가장 비싼 약인 Hemgenix라는 치료법을 만듭니다.

 

유전자 치료법은 저분자 약물을 기반으로 하는 잘 확립된 치료법보다 개발 및 생산 비용이 더 많이 듭니다. 그러나 유전자 요법은 치료의 희망을 가져다 줄 수 있으며, 수혜자들은 값비싼 의약품에 대한 장기적인 의존과 입원의 위험에서 벗어날 수 있습니다. 일부는 이것이 높은 비용을 정당화한다고 주장했습니다. 치료법이 다운스트림 치료에서 수백만 달러를 절약할 수 있다면 초기 지출은 여전히 ​​전반적으로 비용을 절약할 것입니다. 결국, 시간이 지남에 따라 더욱 전통적인 치료 비용이 합산됩니다. 예를 들어 한 연구에 따르면 미국에서 64세까지 겸상적혈구 빈혈 환자를 치료하는 데 드는 비용은 170만 달러(KM)입니다. Johnson et al. Blood Adv . 7 , 365–374; 2023 ).

 

부유한 국가에서도 의료 시스템은 유전자 치료와 관련된 높은 초기 비용을 감당할 수 있는 장비가 부족합니다. 2021년 매사추세츠주 서머빌에 있는 치료제 개발업체인 Bluebird Bio는 가격에 대해 유럽 당국과 합의에 도달하지 못한 후 유럽에서 또 다른 혈액 장애인 β-지중해빈혈에 대한 유전자 치료제 판매 계획을 철회했습니다. 상대적으로 약가 규제가 적은 미국에 판매 노력을 집중할 것이라고 밝혔다.

 

그러나 미국에서도 비용이 중요합니다. 미국의 건강 보험은 종종 고용주에 의해 보조금을 받고 일부는 이미 내년에 유전자 치료에 대한 보장 범위를 제한할 것이라고 말하고 있다고 미국의 건강 경제 싱크 탱크인 임상 및 경제 검토 연구소의 스티븐 피어슨 소장은 말했습니다. 보스턴, 매사추세츠.

 

한편 저소득 및 중간 소득 국가들은 완전히 궁지에 몰렸습니다. β-지중해빈혈과 겸상적혈구병과 같은 일부 질병이 부유한 국가보다 세계의 가난한 지역에서 더 흔하다는 점을 고려하면 이는 특히 고통스러운 일입니다. 예를 들어 일부 사하라 사막 이남 지역에서는 약 2%의 어린이가 낫적혈구병을 가지고 태어난 것으로 추정됩니다. 검사가 거의 이루어지지 않는다는 점을 감안할 때 이는 과소평가된 것일 수 있습니다.

 

접근성 향상

겸상적혈구 질환에 대한 CRISPR–Cas9 치료 비용이 얼마인지 알기에는 너무 이릅니다. 개발자인 매사추세츠주 보스턴의 Vertex Pharmaceuticals나 매사추세츠주 케임브리지의 CRISPR Therapeutics는 요금을 공개하지 않았습니다. 그러나 연구원들은 다가올 가격표에 대비하고 있습니다.

 

지난 3월 런던에서 열린 인간 게놈 편집에 관한 제3차 국제 정상회의에서 토론 대부분은 특히 저소득 및 중간 소득 국가에서 유전자 편집 치료법을 이용할 수 있도록 하는 데 중점을 두었습니다. 초점은 그러한 치료법의 생산 및 테스트를 합리화하기 위한 기술적 접근 방식에 있었습니다. 예를 들어 겸상적혈구 치료는 임상의가 조혈 줄기세포를 분리 및 편집하고 체내에 남아 있는 줄기세포를 파괴한 다음 편집된 세포를 재주입해야 합니다. 이것을 분리된 세포가 아닌 체내에서 직접 수행할 수 있는 게놈 편집 절차로 전환하면 치료 비용이 저렴하고 접근하기 쉬워질 수 있습니다.

 

또 다른 매력적인 접근법은 이미 안전하고 효과적인 것으로 확인된 유전자 치료 플랫폼을 개발하는 것입니다. 그런 다음 유전자 요법 개발자는 처음부터 시작할 때 필요한 안전성 및 효능 테스트 없이 선택한 질병을 표적으로 하는 유전자를 교체할 수 있습니다.

 

그러나 이와 같은 기술 솔루션은 지금까지만 가능합니다. Pearson은 미국의 의약품 가격 책정은 치료법을 생산하는 데 드는 비용과는 거의 관련이 없다고 말합니다. 다른 국가에서 그 가격이 얼마나 내려갈지는 지적 재산권에 의해 제한될 수 있고 유전자 요법과 같은 생물학적 약물의 제네릭 복제품을 만드는 복잡성으로 인해 방해를 받을 수 있습니다. 일부 학술 센터는 제약 회사에 의존하지 않고 유전자 치료법을 개발하고 배포하려고 노력하고 있지만, 업계에서 찾을 수 있는 재정적 자원과 규제 전문 지식 없이 그러한 노력이 얼마나 확장될 수 있는지는 불확실합니다.

 

가격 책정 외에도 유전자 치료 기술은 규제 및 지적 재산권에 대한 논쟁에 빠져 있습니다. 이들 각각의 전개 방식에 따라 연구원들이 Watson과 Crick의 초기 발견을 활용하는 데 얼마나 멀리 갈 수 있는지가 결정됩니다. 과학자들이 이러한 논쟁에서 적극적인 역할을 하고 그러한 토론을 조만간 전면에 내세우는 것이 중요합니다.

Nature 616, 629-630 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01389-z

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01389-z

건강, 과학, 생명공학, 생물, 융합과학, 의학

Tasmanian Devil 암의 유전자 지도는 미래의 진화를 암시

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가장 상세한 분석은 전염성 종양의 기원을 정확히 찾아냅니다.

Tasmanian devils are susceptible to facial cancers that are spread by biting.Credit: Gapvoy/Shutterstock

Genetic map of Tasmanian devil cancers hints at their future evolution

30년 동안 태즈메이니아 데블은 종양을 쇠약하게 만드는 전염성 안면암과 싸워 왔습니다. 이제 이러한 암에 대한 포괄적인 유전 분석을 통해 암의 진화를 추적하여 향후 확산될 수 있는 방법에 대한 단서를 제공합니다.

4월 20일 사이언스 1( Science 1) 에 발표된 이 연구는 질병이 어떻게 출현하고 진화하고 확산되었는지에 대한 최초의 상세한 통찰력을 제공합니다. 캔버라 대학교(University of Canberra)의 유전체학자인 Janine Deakin은 이것이 미래에 태즈매니아 데블 개체군에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 모델링하기 위한 토대를 마련한다고 말합니다. “유전체학을 보면 과거와 미래에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.”라고 Deakin은 말합니다. “우리는 우리가 협력하고 있는 적을 이해해야 합니다.”

 

악마 같은 질병

태즈메이니아 데블( Sarcophilus harrisii )은 호주 남동부의 태즈메이니아 섬에 서식하는 육식성 유대류입니다. 그들은 별도로 출현한 두 가지 암에 걸리기 쉽습니다: 악마 안면 종양 1(DFT1)과 악마 안면 종양 2(DFT2), 둘 다 물기에 의해 퍼집니다. 한 숙주에서 다른 숙주로 전이되는 암은 본질적으로 드물지만 치명적인 영향을 미칠 수 있다고 호바트에 있는 태즈매니아 대학의 질병 생태학자인 연구 공동 저자인 Rodrigo Hamede는 말합니다. “10년 만에 우리는 전체 [악마] 인구의 60~70%를 잃었습니다.”라고 그는 말합니다.

과학자들은 한동안 두 가지 암에 대해 알고 있었지만 그들의 진화에 대해서는 거의 알려지지 않았습니다. 조사를 위해 Hamede와 그의 동료들은 Tasmanian Devil 참조 게놈을 조립하고 이를 78개의 DFT1 및 41개의 DFT2 종양에서 시퀀싱된 DNA와 비교했습니다. 그런 다음 팀은 이 종양의 ‘가계도’를 구성하여 종양의 기원을 추적하고 돌연변이를 매핑하여 질병이 어떻게 진화했는지 보여줍니다.

그 결과 태즈매니아 대부분 지역에 퍼진 DFT1이 1986년에 나타났으며, 이는 섬 북동쪽에 있는 여성 데블에서 처음 발견되기 약 10년 전입니다. 그 개인은 자신의 종양 세포를 적어도 여섯 명의 다른 악마에게 물려주는 슈퍼전파자였던 것 같습니다. 이것은 결국 DFT1의 6가지 주요 변종을 낳았습니다.

팀은 DFT2가 태즈메이니아 남동부의 수컷 데블에서 처음 발견되기 약 3년 전인 2011년까지 발생하지 않았다는 사실을 발견했습니다. DFT1과 달리 DFT2는 섬의 작은 지역에서만 발견됩니다. 이 암은 유전적으로 DFT1과 유사하지만 돌연변이가 약 3배 더 빠릅니다. 이것은 종양 세포가 더 빨리 분열하여 돌연변이가 발생할 기회를 더 많이 제공하기 때문일 수 있다고 Hamede는 말합니다. “큰 문제는 이러한 돌연변이가 선택적인지 아닌지입니다.”라고 그는 말합니다.

대부분의 경우 안면암은 감염 후 6~12개월이 지나면 종양이 나타날 때까지 전염되지 않습니다. 그러나 빠르게 성장하는 DFT2 암은 이 창을 축소하여 더 빠르게 퍼지는 더 많은 감염으로 이어질 수 있다고 Hamede는 말합니다. 이것은 암과 그 변이체가 전염성이 낮은 유형에 비해 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다. Hamede는 “그것은 장기적인 진화적 이점이 될 것”이라고 말했습니다.

 

취약계층

이전 연구 2에서는 태즈메이니아 데블 개체수가 점점 더 탄력적으로 변하고 있는 것으로 나타났지만 비교적 최근에 DFT2가 출현한 것은 우려스럽다고 호주 브리즈번에 있는 퀸즐랜드 대학교의 유전학자인 Hannah Siddle은 말합니다. “그것은 특히 두 종양이 순환하는 지역에서 야생에서 악마를 취약하게 만듭니다.”라고 그녀는 말합니다. “이것은 지역 인구 충돌 또는 호스트 인구에 대한 아직 알려지지 않은 선택을 유발할 수 있습니다.”

Hamede는 연구원들이 어떻게 암이 진화하고 나머지 태즈매니아 데블 개체군을 통해 퍼질지 예측할 수 있으려면 더 많은 연구가 필요하다고 말합니다. Hamede는 “이것은 우리가 실제로 목격해 온 진행 중인 진화 과정입니다.”라고 말합니다. “이 두 번째 전염성 암은 상황을 더욱 복잡하게 만들 것입니다.“

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01349-7

References

Stammnitz, M. R. et al. Science 380, 283–293 (2023).

Stahlke, A. R. et al. Proc. R. Soc. B 288, 20210577 (2021).

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01349-7

건강, 과학, 당뇨병, 대사질환, 보건의료정책, 생명공학, 생물, 식품과학, 운동, 융합과학, 화학

5 마리의 동물을 대상으로 한 노화 연구 쇠퇴를 되돌리는 방법을 제안

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중요한 세포 경로에서 과속 방지턱을 부드럽게 하는 것은 노화와 관련이 있는 것 같습니다.

NEWS, 12 April 2023

Ageing studies in five animals suggest how to reverse decline

Smoothing the speed bumps in an important cellular pathway seems to be implicated in ageing.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01040-x

RNA polymerase (blue) unwinds DNA (violet), using it as a template to produce a strand of messenger RNA (red). In aged cells, this process accelerates.Credit: selvanegra/Getty

4월 12일 네이처 (Nature)에 발표된 연구에 따르면 노화는 인간, 초파리, 쥐, 생쥐, 벌레 등 5가지 매우 다른 생명체에서 같은 방식으로 세포 과정에 영향을 미치는 것으로 보입니다. 이 연구 결과는 노화를 유발하는 원인을 설명하고 이를 되돌리는 방법에 대한 제안을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다.

호주 UNSW 시드니의 생화학자인 Lindsay Wu는 “이것은 우리가 어떻게 그리고 왜 노화하는지 이해하는 근본적이고 새로운 영역을 열어줍니다.”라고 말합니다.

동물이 나이를 먹으면 세포 내부의 다양한 분자 과정의 신뢰성이 떨어집니다. 유전자 돌연변이가 더 자주 발생하고 염색체 끝이 끊어져 짧아집니다. 많은 연구에서 노화가 유전자 발현에 미치는 영향을 조사했지만, 전사(유전 정보가 청사진 DNA 가닥에서 RNA 분자로 복사되는 과정)에 미치는 영향을 조사한 연구는 거의 없었습니다.

 

부주의한 복사

이를 알아보기 위해 Beyer와 그의 동료들은 서로 다른 성인 나이에서 선충류, 초파리, 생쥐, 쥐, 인간 등 5가지 유기체의 게놈 차원의 전사 변화를 분석했습니다. 연구자들은 노화가 전사를 유도하는 효소인 RNA 중합 효소 II(Pol II)가 RNA 사본을 만들 때 DNA 가닥을 따라 움직이는 속도를 어떻게 변화시켰는지 측정했습니다. 그들은 평균적으로 Pol II가 나이가 들면서 더 빨라지지만 다섯 그룹 모두에서 덜 정확하고 오류가 발생하기 쉽다는 것을 발견했습니다. “우리는 판독과 참조 게놈 사이에 더 많은 불일치를 보았습니다.”라고 Beyer는 말합니다.

이전 연구에서는 식단을 제한하고 인슐린 신호를 억제하면 많은 동물에서 노화를 지연시키고 수명을 연장할 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문에 연구자들은 이러한 조치가 Pol II의 속도에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 인슐린 신호 유전자에 돌연변이를 일으키는 벌레, 생쥐, 초파리에서 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 효소는 또한 저열량 식이요법을 한 쥐에서 더 느리게 이동했습니다.

그러나 궁극적인 질문은 Pol II 속도의 변화가 수명에 영향을 미치는지 여부였습니다. Beyer와 그의 팀은 Pol II를 늦추는 돌연변이를 지닌 초파리와 벌레의 생존을 추적했습니다. 이 동물들은 돌연변이가 없는 동물들보다 10%에서 20% 더 오래 살았습니다. 연구자들이 벌레의 돌연변이를 되돌리기 위해 유전자 편집을 사용했을 때 동물의 수명이 단축되었습니다. Beyer는 “그것은 정말 인과 관계를 확립했습니다.”라고 말합니다.

 

속도를 높이다

연구원들은 Pol II의 가속이 DNA가 세포 내부에 채워지는 방식의 구조적 변화로 설명될 수 있는지 궁금해했습니다. 그들이 차지하는 공간을 최소화하기 위해 유전 정보의 방대한 실은 뉴클레오솜이라는 묶음으로 히스톤이라는 단백질 주위에 단단히 감겨 있습니다. 연구원들은 인간 폐 세포와 제대 정맥 세포를 분석하여 노화된 세포에는 더 적은 뉴클레오솜이 포함되어 있어 Pol II가 더 빨리 이동할 수 있는 경로를 원활하게 한다는 것을 발견했습니다. 팀이 세포에서 히스톤의 발현을 증가시켰을 때 Pol II는 더 느린 속도로 움직였습니다. 초파리에서 히스톤 수치가 높아지면 수명이 늘어나는 것 같았습니다.

영국 글래스고 대학교에서 포유류의 노화를 연구하는 콜린 셀먼(Colin Selman)은 이 연구는 먼 관련 종에 걸쳐 노화 메커니즘이 어떻게 일관성이 있는지를 보여주는 “정말 흥미로운 작업”이라고 말했습니다. 또한, Pol II가 노화 과정을 늦추는 약물의 표적이 될 방법을 탐색할 수 있는 문을 열어줍니다. Pol II의 전사 과정에 대한 변화는 다양한 유형의 암을 포함한 많은 질병에 연루되어 있으며 Pol II와 이를 촉진하는 분자를 표적으로 하는 다양한 약물이 개발되었습니다. “노화에 미치는 영향을 조사하기 위해 이러한 약물 중 일부를 효과적으로 용도 변경할 기회가 있을 수 있습니다.”라고 Selman은 말합니다.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01040-x

References

Debès, C. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05922-y (2023).

Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05922-y