과학 기술을 통해 생명과학에 대한 인사이트를 제공

지금까지 인류는 치명적인 세균의 확산을 막기 위해 우수한 치료제를 성공적으로 개발해왔습니다. 14세기 유럽 전체 인구의 약 3분의 1의 인명을 앗아간 페스트(흑사병)는 오늘날 다시 유행하지는 않을 것입니다. 세균은 바이러스와 달리 숙주 없이도 살아남을 수 있는 단세포 생물로 항생제로 비교적 쉽게 치료가 가능합니다^*1.그러나 바이러스는 살아있는 숙주의 세포에 침입하지 못하면 더이상 증식할 수 없습니다. 즉, 바이러스의 활동을 억제하기 위해서는 바이러스에 감염된 세포도 죽여야 합니다.

바이러스는 세균의 1/10 ~ 1/100의 크기로 아주 작으며, 유전자(DNA 또는 RNA에 담겨있는 유전정보; Genome)와 이를 보호하기 위한 단백질 껍질로 구성됩니다^{*2, 3}.바이러스는 증식하기 위해 숙주 세포에 침입하여 자신의 유전 정보를 주입합니다. 평상시 정상 세포는 정상적인 세포 활동하기 위하여 ‘리보솜’이라는 세포 소기관을 이용하여 자신이 필요한 단백질을 합성(translation)하는데, 바이러스는 리보솜에서 정상 세포의 단백질이 아닌 바이러스 자신이 필요한 단백질을 합성하도록 세포를 고장 냅니다.

인체에는 200종류 이상, 약 30조 개의 세포가 있으며, 각 세포들은 함께 작용하며 유사한 세포들은 모여 장기와 조직을 구성하고 있습니다^*4.세포 기능의 이상은 질병으로 이어질 수 있으므로 바이러스가 세포를 감염시키는 메커니즘에 대해 이해하는 것이 중요합니다.

신종 전염병의 발생이 인류의 건강이나 사회적, 경제적인 측면에 미치는 영향은 전부 헤아릴 수 없습니다. 바이러스 침입, 감염 및 복제 단계에 대해 정확히 파악할 수 있다면 바이러스성 질환을 제어할 수 있는 가능성이 커집니다.
-Dr. Yohei Yamauchi, 영국 브리스톨대학교 바이러스 세포 생물학 부교수

흥미롭게도 세포는 각자의 고유한 특성이 있습니다. 사람을 관찰함으로써 그 대상에 대해 더 많이 알 수 있는 것처럼, 세포도 지속적인 관찰을 통해 그 특성을 알 수 있습니다. 이것은 어떠한 외부의 변화가 세포를 변화시키는지를 파악하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어 암의 경우, 정상 세포가 암세포로 변화되는 시기를 측정할 수 있습니다. 그러나 정확한 정보를 얻기 위해서는 세포 수준에서의 암 조직의 변화를 분석해야 합니다.

암의 발생은 정상 세포가 무한히 증식하며 전이되는 특성을 가지게 되면서 시작된다고 알려져 있습니다. 어떠한 경우에 정상 세포가 이러한 특성을 가지게 되는 것일까요? 그리고 이러한 암세포를 조기에 파악하고 암의 전이를 막기 위해 어떻게 해야 할까요? 이에 대한 대답은 세포의 병리학적 기전과 주변 세포와의 상호작용에 대한 심층 분석을 통해 알아낼 수 있을 것입니다.

Yokogawa는 30년 이상에 걸쳐 측정, 제어 및 정보 기술을 이용하여 다양한 장비와 시스템을 개발하여 왔습니다. 가까운 미래에는 실제로 살아있는 세포 내부의 분석까지도 가능할 것입니다. 이러한 성과에 기여한 획기적인 제품은 1996년에 출시된 듀얼 스피닝 디스크 공초점 기술 (CSU; Confocal Scanner Unit)입니다.

이 기술과 정교한 딥 러닝 기능을 갖춘 Yokogawa의 CellPathfinder 소프트웨어를 결합하여, 소량의 세포 샘플에서 위치 및 형태(세포 모양, 형태, 구조 및 크기 등)에 대한 정보를 상세하게 분석할 수 있습니다. 광표백과 광독성을 최소화하는 3D 이미징을 통해 정확한 세포 이미지를 얻어 분석에 활용할 수 있습니다. 또한 기존에 분석이 어려웠던 비염색(Label-free) 이미징도 독자적인 기술을 이용하여 높은 인식 정확도로 신속하게 분석이 가능합니다.

Yokogawa는 고급 이미징 기술 외에도 완전히 자동화된 세포 분석 솔루션의 개발도 진행하고 있습니다. 곧 출시될 세포 샘플링 장치는 직경이 몇 ㎛(마이크로미터)에 불과한 튜브 모양의 마이크로 피펫이 장착되어 있습니다. 이 마이크로 피펫은 세포 하나하나를 조작할 뿐만 아니라, 세포 내 성분을 수집하는 데에도 사용됩니다. 지금까지 이 과정은 베테랑 연구자들조차도 세포 하나당 최소 30분이 소요되는 수작업으로 이루어져 왔습니다. 세포와 세포 구성 요소를 자동으로 채취할 수 있는 이러한 자동화 기술은 신약 발견 연구를 가속화하는 데 크게 기여할 것입니다.

이전에는 과학자들이 바이러스에 대한 세포의 반응을 테스트하려면, 배양 배지에 있는 세포 샘플에 바이러스를 무작위로 "뿌려야"했습니다. 이러한 방법으로는 어떤 세포가 감염되었는지 정확하게 알기가 매우 어려웠습니다. 그러나 Yokogawa의 SU10 Single Cellome Unit을 사용하면 약물 및 기타 물질을 나노 피펫을 사용하여 개별 세포에 자동으로 주입할 수 있기 때문에 고정밀도 및 고효율화를 실현할 수 있습니다. 또한, 항바이러스 약물을 주입하고 그 효능을 평가하는 목적으로도 사용할 수 있으며, 더 나아가 바이러스를 무력화하는 항체에 대한 유전자를 주입하는 데에 사용할 수 있기 때문에, 바이러스를 무력화하는 항체를 생성하는 세포를 만들어낼 수 있을지도 모릅니다.

이러한 최첨단 기술은 지금까지 불가능했던 실험을 실현할 수 있는 마중물이 되어, 신약 개발 및 질병 원인 규명과 같은 생명과학 분야의 연구에 크게 공헌할 것입니다

“멀리 갈 위험을 감수하는 사람만이 자신이 어디까지 갈 수 있는지를 알 수 있다.”
-T.S. Eliot, 미국계 영국 시인, Transit of Venus : Poems 서문 (by Harry Crosby, 1931)

Yokogawa가 제공하는 이 기술은 실제로 신종 코로나바이러스 연구의 최전선에 있는 미국과 영국의 연구자들을 지원하고 있습니다. 바이러스에 감염되는 과정과 세포가 손상을 방지하기 위한 자기 방어 메커니즘을 관찰하는 데 사용되며, 바이러스의 생활사를 연구하고 바이러스를 무력화하는 약물을 발견하고 개발하는 데 기여하고 있습니다.

오늘날 세계는 불확실성의 거대한 베일에 가려져 있습니다. 이 위기는 산업계에 큰 타격을 주었고, 일상생활을 완전히 바꾸어 놓았으며, 사회를 뿌리째 뒤흔들었습니다. 전 세계인들은 큰 제약을 받고 있습니다. 지금까지 당연한 것으로 받아들여졌던 것들은 잃어버린 자유로 여겨지고 있습니다. 세상은 전례 없는 변화를 겪고 있으며, 그 결과 사람들의 가치관과 행동 의식이 변화하고 있습니다.

창립 이래 100여 년 간 Yokogawa는 사회 공헌을 기업의 사명으로 여겼습니다. 뛰어난 기술력과 인사이트를 바탕으로 사회에 필수적인 혁신 기술을 제공하고 있습니다. 그리고 현재와 같이 기업의 존재 이유를 재검토해야 하는 상황에서, Yokogawa는 기업의 전문 지식과 기술을 사회 문제의 해결에 활용해왔다는 것에 자부심을 가지고 있습니다.

Yokogawa는 기업의 기술력을 최대한 활용하여 미래 세대의 건강과 번영에 이바지하는 것이 사회에서의 목적이라고 확신하며, 연구자들의 끊임없는 노력을 적극적으로 지원해오고 있습니다. 전 세계가 새로운 시대의 문제를 극복할 해결책을 기다리는 한 Yokogawa의 강력한 목적의식과 실행력은 변함이 없을 것입니다.

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참고 문헌

*1 : “Plague was one of history’s deadliest diseases — then we found a cure”; 내셔널 지오그래픽 온라인, 2020년 7월
*2 : DNA＝deoxyribonucleic acid.　유전자. 세포의 유전물질.
*3 : RNA＝ribonucleic acid.　유전자의 발현 조절 등에 관여하는 물질.
*4 : “인간은 무엇으로 구성되어 있습니까? (What Are Humans Made Of?)”; Earth.com, 2019년 8월