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많은 사람들이 빙하기를 생각할 때, 털북숭이 매머드의 이미지가 떠오를 것입니다. 매머드는 약 480만년에서 10,000년 전 사이의 시대의 가장 상징적인 생물 중 하나였습니다. 그러나 기후 온난화와 성장 둔화, 식량 부족, 인간과 짐승의 사냥 등의 요인으로 인해 매머드의 개체수가 급격하게 줄어들기 시작했고, 어린 코끼리의 생존율은 극도로 낮아져 결국 멸종하게 되었습니다.

매머드 개체군의 멸종은 빙하시대의 종말을 예고했습니다.

이제 국제 연구팀이 52,000년 전에 살았던 매머드의 게놈과 3차원 염색체 구조를 성공적으로 재구성했습니다. 고대 DNA 샘플을 사용하여 이러한 연구가 수행된 것은 이번이 처음입니다. 이번 연구는 매머드 게놈이 세포 내에서 어떻게 구성되었는지, 그리고 특정 유전자가 피부 조직에서 어떻게 발현되었는지를 밝혀냈습니다. 관련 결과는 Cell 매거진의 새로운 호 표지에 게재됩니다.

이 전례 없는 연구는 멸종된 생물을 부활시키는 것이 더 이상 꿈이 아닐 수도 있음을 의미합니다.

동결건조된 염색체 화석은 귀중한 것이다

대부분의 고대 DNA 표본은 매우 작고 "복잡한" DNA 조각으로 구성되어 있습니다. 미국 베일러 의과대학 게놈 구조 센터 소장인 에릭 리버먼 에덴(Eric Lieberman Eden)은 인간 게놈의 3차원 구조를 지도화한 것을 바탕으로 올바른 고대 DNA 샘플을 찾을 수 있다면, 즉 3차원 구조가 아직 온전한 샘플이라면 가능할 것입니다. 고대 게놈을 조립하는 데에도 동일한 전략이 사용되었습니다.

연구팀은 약 5년에 걸쳐 수십 개의 샘플을 테스트했지만 진행 속도는 여전히 느렸습니다.

2018년까지 러시아 시베리아 북동부에서 유난히 잘 보존된 매머드가 발굴됐다. 매머드는 죽은 직후에 "동결건조"되었습니다. 탈수된 샘플의 핵 구조는 오랫동안 유지될 수 있기 때문에 이러한 조건은 DNA가 유리와 같은 상태로 보존될 수 있게 하여 과거 고대 DNA 샘플의 분해 문제를 피하고 오늘날 사람들이 전례 없는 구조적 세부 사항을 볼 수 있게 해줍니다.

"화석화된 매머드 염색체는 일반적인 고대 DNA 조각보다 수백만 배 더 길며 완전히 새로운 유형의 화석을 나타냅니다."라고 Ayden은 말했습니다.

이 매머드는 발견되기를 기다리고 있습니다. 연구팀은 매머드의 게놈이 살아있는 세포 내에서 어떻게 구성되었는지, 그리고 DNA가 추출된 피부 조직에서 어떤 유전자가 활성화되었는지에 대한 통찰력을 얻게 되어 기쁘게 생각합니다. 그러나 '조립'은 여전히 ​​문제이다.

조립해야 할 30억 조각의 퍼즐

"30억 개의 조각으로 구성된 퍼즐이 있지만 완성된 제품이 없다고 상상해 보십시오." 스페인 바르셀로나에 있는 국립 유전학 및 게놈 규제 센터의 구조 유전학자인 마틴 레눔(Martin Renoum)은 말합니다. Hi -C 기술을 사용하면 퍼즐 조각을 맞추기 전에 대략적인 이미지를 얻을 수 있습니다." Hi-C는 연구팀이 매머드의 게놈 구조를 재구성하기 위해 사용하는 특별한 방법이다. 그들은 매머드의 귀 뒤에서 채취한 피부 샘플에서 DNA를 추출했습니다. Hi-C 기술을 통해 그들은 DNA의 어느 부분이 공간적으로 근접해 있는지 감지하고 세포핵의 원래 상태에서 서로 상호 작용할 수 있었습니다.

그런 다음 Hi-C 분석의 물리적 정보를 DNA 시퀀싱과 결합하여 상호 작용하는 DNA 세그먼트를 식별하고 오늘날 코끼리의 게놈을 템플릿으로 사용하여 매머드 게놈의 정렬된 지도를 만들었습니다. 분석에 따르면 매머드는 오늘날의 아시아 및 아프리카 코끼리와 동일한 28개의 염색체를 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

연구팀은 세포핵 내 유전자의 구획화를 조사함으로써 매머드 피부 세포 내에서 활성 및 비활성 유전자(후성유전학 또는 전사체학의 대용물)를 식별할 수 있었습니다. 매머드 피부 세포는 가까운 친척인 아시아 코끼리와는 다른 유전자 활성화 패턴을 가지고 있는데, 여기에는 체모 및 내한성과 관련된 유전자가 포함될 수 있습니다.

염색체 화석은 무한한 가능성을 가져옵니다

이 연구에 사용된 방법은 실제로 매우 잘 보존된 화석에 의존합니다. 화석에 의해 보존된 고대 염색체 구조는 나노 수준까지 정확합니다! 그러나 연구팀은 이 방법이 박물관 표본을 포함하여 매머드부터 이집트 미라에 이르기까지 다른 고대 DNA 표본을 연구하는 데에도 사용될 수 있다고 낙관하고 있습니다.

염색체 화석은 의심할 여지 없이 지구상 생명체의 역사를 연구하는 강력하고 새로운 도구가 되었습니다. 이는 전형적인 고대 DNA 단편이 100개 염기쌍 또는 유전 코드의 100개 "문자"를 거의 초과하지 않기 때문입니다. 이는 유기체의 전체 DNA 서열(종종 수십억 개의 "문자" 길이)보다 훨씬 작습니다. 대조적으로, 화석화된 염색체는 수억 개의 유전적 "문자"에 걸쳐 있을 수 있습니다.

미국 베일러 의과대학 게놈 구조 센터의 분자 및 인간 유전학 조교수 올가 두첸코(Olga Dudchenko)는 “화석 염색체는 게임 체인저”라고 말했습니다. “고대 DNA 분자를 현대 종의 DNA 서열과 비교함으로써 , 비밀번호의 개별 '문자'에서 유전적 변화를 발견하는 것이 가능합니다."

즉, 과학자들은 유기체의 염색체 모양을 이해함으로써 멸종된 유기체의 전체 DNA 서열을 조립할 수 있으며 이전에는 불가능했던 아이디어를 실현할 수 있습니다.

하지만 지금으로서는 매머드를 부활시키는 것은 시작에 불과합니다.

칼럼 편집자: Qin Hong 텍스트 편집자: Da Xi 제목 사진 출처: Tu Chong 사진 편집자: Cao Liyuan

출처: 저자: 과학기술일보