동물 세포에서 새로운 소기관이 발견되었다. : 창조 설계-생명 [한국창조과학회 자료실]

동물 세포에서 새로운 소기관이 발견되었다.

미디어위원회

창조설계-생명체

2023-06-04

동물 세포에서 새로운 소기관이 발견되었다.

(New Animal Cell Organelle Discovered)

by Jerry Bergman, PhD

설계가 복잡할수록 진화 가능성은 낮아진다.

2023년 5월 하버드 의과대학의 연구자들은 동물 세포에서 한 새로운 세포 소기관(cell organelle)을 발견했다고 발표했다.[1] 이것은 한 세기가 훨씬 넘는 세포생물학 연구 끝에 나온 놀라운 발견이었다.

소기관이란 무엇인가?

세포 소기관들은 그림 1과 같이 모든 진핵세포에서 특정 기능들을 수행하는 막 결합 구조물들이다. 수십 년에 걸친 연구에도 새로운 발견이 없었기 때문에, 진핵세포의 모든 소기관들이 발견됐다고 생각했었으나, 그것은 잘못된 생각이었다. 이 새롭게 발견된 소기관은 매우 중요해서, Nature 지의 리뷰 기사는 "생물학 교과서가 업데이트될 것으로 보인다 : 연구자들이 세포 내부의 작은 기관과 같은 구조인 새로운 종류의 소기관을 방금 발견했다"[2]라고 쓰고 있었다.

그림 1. 알려진 소기관들을 포함한 진핵세포의 기본 부분.(Wiki Commons)

무엇이 발견되었는가?

새로 발견된 소기관의 기능은 인산염(phosphate)을 안전하게 저장하여, 스트레스를 받는 동안 세포에 충분한 공급이 이루어지도록 하는 것이다. 인산염은 모든 생명체에 필수적인 영양소이며, 고갈되면 유기체가 사망할 수 있기 때문에 이것은 중요하다. 또한 세포질에 과도한 양으로 존재하면 강한 독성을 일으킨다. 따라서 충분한 양을 고농도로 안전하게 저장했다가 필요할 때 방출할 수 있는 것이 중요하다.

초파리(fruit fly) 세포에 실험적으로 인산염을 제거했을 때, 새로 발견된 세포 소기관이 "저장된 인지질을 분해하여, 각 세포의 세포질로 방출"하고 있었다. 이것은 이 소기관이 인산염의 저장소 역할을 한다는 결론을 뒷받침하는 것이었다[3].

인산염 부족에 대한 인체의 대처 방법

인체(human body)에서 무기 인산염(inorganic phosphate)의 결핍은 소화 상피의 과증식 및 장세포 분화를 유도한다. 이러한 장세포(enterocyte, 소장상피세포)들은 소화관에서 인산염 흡수를 증가시켜, 체내 인산염 수치를 증가시킨다.

연구팀은 무기 인산염이 세포의 생명 유지에 필수적이기 때문에, 세포 내 인산염의 양을 증가시키기 위해 더 많은 장세포들을 만들어내는 것은 일종의 고안된 생존 메커니즘이라고 추론했다.[4]

유전학과의 연관성

새로운 소기관의 기능에 대한 또 다른 증거는 세포에 인산염이 부족할 때, 인산염 감지 단백질(phosphate-sensing protein)을 암호화하는 한 유전자의 부하가 줄어드는 것이었다. 이렇게 줄어든 유전자 발현은 세포 분열을 촉진시켰다. 반대로 연구자들이 이 단백질을 과잉 발현하도록 유전자를 조정하자, 세포 분열이 느려졌다. 따라서 이 유전자가 하향 조절되거나 누락될 때마다, 인산염의 예비 저장량이 세포질로 방출되어, 인산염이 중요한 세포 기능을 수행할 수 있었다.

유전학자이자 연구의 공동 저자인 치웨이 쑤(Chiwei (Charles) Xu)는 다음과 같이 말했다 : "이 발견은 세포생리학에서 배울 것이 얼마나 많은지를 잘 보여준다." 이 발견은 지난 세기의 추세를 뒷받침한다. 살아있는 세포를 더 높은 해상도로 조사할수록, 점점 더 많은 복잡성이 발견되고 있는 것이다. 그리고 세포내 복잡성이 증가하면 할수록, 지시되지 않은 무작위적인 과정으로 진화했을 확률은 더욱 낮아진다.

그림 2. 투과전자현미경 사진은 새롭게 발견된 인산염 저장 소기관(phosphate-storing organelles) 세 개를 보여준다. 각각에서 어두운 삼중 막에 주목하라. <From: Conroy, Gemma. New cellular ‘organelle’ discovered inside fruit-fly intestines. Nature, May 2023.>

새로운 소기관 P1의 세부 사항

새로운 소기관은 세포질과 분리되어 있는 양파 모양의 구조로, 여러 층의 막으로 둘러싸여 있었다(그림 2). PXo 단백질(PXo protein)은 막층을 가로질러 새로 발견된 소기관으로 무기 인산염을 운반하는 것이 관찰되었다.

소기관 내부에 들어가면 무기 인산염은 인지질(phospholipids)로 전환되어 저장된다. 무기 인산염이 부족하면, 분해 효소를 포함하고 있는 리소좀(lysosomes)이 인산염을 세포질 내로 방출하여, 결과적으로 세포에서 사용할 수 있도록 한다[5].

연구자들은 초파리(fruit fly, Drosophila melanogaster)의 세포 재생에서 인산염의 역할을 조사하는 동안 이 사실을 발견했다. 이 새로운 소기관이 수행하는 인산염 저장 및 방출에 필수적인 요건은, 다른 화학 원소들에 대해서도 존재할 가능성이 높으며, 이는 이 새롭게 발견된 소기관과 동일한 기능을 수행하는, 다른 많은 소기관들이 존재해야만 한다는 것을 가리킨다. 그러나 현재까지 그들은 알려져 있지 않다. 예를 들어, 작년에(2022년) 아연(zinc)은 파리에서 유사한 소낭(vesicles)에 저장되는 것으로 밝혀졌다.[6]

인 원소의 생물학적 기능

인산염은 인(phosphorus)과 산소(oxygen)로 이루어진 화합물이다. 인은 공기에 노출되면 자연 발화하므로, 발화를 방지하기 위해서 병에 기름을 넣고 그 속에 보관해야 한다. 또한 인은 산화제, 할로겐(브롬, 염소, 불소, 요오드), 일부 금속, 아질산염, 황, 및 기타 여러 화합물과 격렬하게 반응하여 화재를 일으킬 수 있는 위험한 물질이다. 이러한 이유로 인산염은 매우 불안정하며, 세포 내에서 엄격하게 통제되어야만 한다.

인산염의 가장 중요한 용도 중 하나는 세포의 "에너지 통화"라고 불리는 화합물인 아데노신 삼인산(ATP, adenosine triphosphate)이다.[7] ATP는 근육 수축, 신경 자극 전파 및 특정 화학 합성 반응을 포함하여, 살아있는 세포에서 수많은 과정들을 구동시키고 지원하는 에너지를 제공한다. 인체는 매일 자기 체중에 해당하는 양의 ATP를 재활용한다는 사실에서 그 중요성을 알 수 있다.[8] 유전학 연구자인 에밀리 스트라찬(Emily Strachan)과 아이린 미구엘-알리아가(Irene Miguel-Aliage)는 ATP 부족의 결과를 자세히 설명하고 있었다 :

무기 인산염(Pi)이 없다면, 우리 세포에는 DNA도 없고, 에너지를 저장할 ATP 분자도 없으며, 막을 형성할 인지질도 없을 것이다. 그러나 연구자들은 인산염이 동물 세포에서 어떻게 대사되거나 저장되는지, 또는 인산염이 세포가 통신할 수 있는 신호로 어떻게 작용하는지, 완전히 이해하지 못하고 있다.[9]

또한 지금까지 알려진 바에 의하면, 가장 단순한 박테리아에서부터 인간에 이르기까지, 모든 생물체들은 세포와 생물체의 거의 모든 활동에 동력을 공급하는 주요 에너지 통화로서 ATP를 사용한다.

ATP의 에너지 수준은 대부분의 생물학적 반응에 적합한 양이다. 에너지는 일반적으로 인산-산소 그룹의 하나를 제거하고, 아데노신 이인산(ADP, adenosine diphosphate)을 남기는 반응에 의해, ATP 분자에서 방출되어 세포에서 작업을 수행한다. ATP가 ADP로 전환되면, ATP가 소비된다고 말한다. 그런 다음 ADP는 일반적으로 미토콘드리아에서 즉시 재활용되어, ATP 합성효소(ATP synthase)에 의해 재충전되어, 다시 ATP가 된다. 요컨대, "마지막 인산염을 [ATP에] 연결하고 푸는 것이 이 전체 생물계를 계속 작동시키고 있는 것이다."[10].

요약

이 새로운 세포 소기관의 발견은 세포 해부학과 생리학에 대해 아직 밝혀지지 않은 것이 얼마나 많은 지를 보여준다. 그것은 하버드 대학 연구자들이 세포에 반드시 존재함에 틀림없다는 사실을 깨닫기 전까지는 발견되지 못했다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 발견은 세포 내에서 복잡성이 증가하면 할수록, 무작위적 과정에 의한 진화가 일어날 확률은 더욱 줄어든다는, 지난 세기의 발견 추세를 이어가고 있다. 철(iron)을 포함하여 모든 원소들은 특정 임계값을 초과하면 세포 내에서 독성이 있기 때문에, 이 논문에서 설명한 소기관과 같은 유사한 시스템들이 세포 내에 존재하여 원소들을 안전하게 저장하고 있을 가능성이 높다.

References

[1] Conroy, Gemma. 2023. New cellular ‘organelle’ discovered inside fruit-fly intestines; https://www.nature.com/articles/d41586-023-01518-8, Nature, 4 May 2023.

[2] Conroy, 2023.

[3] Conroy, 2023.

[4] Jackson, Justin. 2023. Fruit fly gut research leads to discovery of new phosphate-storing organelle; https://phys.org/news/2023-05-fruit-fly-gut-discovery-phosphate-storing.html, Phys.org , 5 May 2023.

[5] Strachan, Emily, and Irene Miguel-Aliaga. 2023. Phosphate-storing organelle found in flies. Nature: News and Views doi: 10.1038/d41586-023-01410-5, 3 May pp. 1-2.

[6] Garay, E. et al. 2022. Proceedings of the National. Academy of Science USA 119, e2117807119.

[7] Bergman, Jerry. 1999. ATP: The Perfect Energy Currency for the Cell. Creation Research Society Quarterly 36(1):199, 1999.

[8] Törnroth-Horsefield, Susanna, and Richard Neutze. 2008. Opening and closing the metabolite gate. Proceedings of the National. Academy of Science USA. 105(50):19565–19566, 16 December.

[9] Strachan, Emily, and Irene Miguel-Aliaga. 2023. Phosphate-storing organelle found in flies. Nature: News and Views doi: 10.1038/d41586-023-01410-5, 3 May.

[10] Trefil, James. 1001 Things Everyone Should Know About Science. Doubleday, New York, New York, 93, 1992.

*Dr. Jerry Bergman has taught biology, genetics, chemistry, biochemistry, anthropology, geology, and microbiology for over 40 years at several colleges and universities including Bowling Green State University, Medical College of Ohio where he was a research associate in experimental pathology, and The University of Toledo. He is a graduate of the Medical College of Ohio, Wayne State University in Detroit, the University of Toledo, and Bowling Green State University. He has over 1,300 publications in 12 languages and 40 books and monographs. His books and textbooks that include chapters that he authored are in over 1,800 college libraries in 27 countries. So far over 80,000 copies of the 60 books and monographs that he has authored or co-authored are in print. For more articles by Dr Bergman, see his Author Profile.

*관련기사 : 생물학책 다시 써야"…새 세포소기관 발견 (2023. 5. 7. 아시아경제)

https://www.asiae.co.kr/article/2023050709384187676

*참조 : 하나님의 단백질 펌프 : 분자 수준의 경이로운 설계

https://creation.kr/LIfe/?idx=14723002&bmode=view

세포막의 Kir2.1 채널 : 세포내 한 분자기계의 나노 구조가 밝혀졌다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=13001065&bmode=view

세균의 복잡성에 대한 추가적 발견

https://creation.kr/LIfe/?idx=10481840&bmode=view

세포 내의 수많은 대사경로들이 모두 우연히?

https://creation.kr/LIfe/?idx=3413369&bmode=view

7개의 모터가 하나로 연결된 편모를 갖고 있는 세균!

https://creation.kr/LIfe/?idx=9061399&bmode=view