동결건조한 열매파리 뇌로부터 신경전달물질 검출

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-03-25

파리는 어떤 면에서 인간과 매우 유사하다. 특히 열매파리(fruit flies)는 인간과 75% 동일한 유전자와 60% 동일한 질병 유전자를 갖고 있으며, 그들의 신경시스템은 인간과 많은 부분에서 동일한 신경전달물질(neurochemicals)을 사용하고 있다. 한편 그들은 인간 보다 훨씬 빠르게 번식하고 성장하며 유전자 변형이 용이하다. 이렇게 놀랍게도 인간과 유사한 열매파리는 과학자들에게 알츠하이머와 파키슨씨 질병과 같은 신경 퇴화성 질병의 생화학연구에 적합한 모델로 활용하는 기회를 제공하고 있다. 열매파리는 인간에 비하여 훨씬 작기 때문에 원하는 연구결과를 얻기 위해서는 손상되지 않도록 뇌를 추출하여야만 한다. 하지만 작고 물렁한 파리에서 머리부분 만을 잘라내는 것은 어렵다고 알려져 있으며 커다란 파리의 눈에서 파리의 뇌를 분리하는데는 주의가 요구된다. 만약 이러한 과정에서 손상을 입게 된다면 파리의 눈으로부터 많은 양의 붉은색 색소가 방출되어 오염될 수 있기 때문에 신경전달물질의 전기영동검출(electrophoretic detection)에 방해요소로 작용될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국과 스웨덴의 연구팀을 이끄는 Gothenburg 대학교의 Andrew Ewing 박사는 파리의 뇌를 추출하기 전, 열매파리의 머리를 동결건조하여 검출된 신경전달물질의 결과를 신선한 뇌로부터 얻은 결과와 비교하였다. 동결건조 방법은 미생물들이 건조된 상태에서 전이증식(colonize)을 하지 못하기 때문에 생물학적 물질 및 특히 식품류에 유용하게 사용되는 방법이다. 일반적인 동결건조 방법은 물질을 신속하게 동결시킨 후 감압 하에서 물질을 건조시켜서 물질 속에 들어 있는 얼음을 물 상태를 거치지 않고 직접 증기로 승화하여 제거한다. 작고 물렁한 열매파리의 머리를 자르는 것 보다 동결건조된 열매 파리의 머리는 마치 견과류처럼 쉽게 균열되기 때문에 그 속의 뇌를 보다 쉽게 추출할 수 있기 때문에 유용하다. 이러한 방법을 사용하였을 때 확인해야 할 중요한 사항은 신선한 열매파리 뇌로부터 검출되는 신경전달물질들을 동결건조된 뇌에서도 검출할 수 있어야 한다는 점이다. Andrew Ewing 박사와 그의 팀은 물을 직접 증기로 승화시켜 동결건조하지 않고 아세톤으로 채운 병에 열매파리의 머리를 넣고 열매파리 머리 속의 물을 아세톤으로 교체하였다. 그리고 액체질소를 사용하여 머리를 얼려서 약 3일 동안 냉동기에 넣은 후 회전증발 건조기를 사용하여 머리 속에 잔류하는 아세톤을 제거하였다. 이러한 방식을 사용하여 어떠한 오염 없이 동결건조된 열매파리 머리로부터 쉽고 빠르게 뇌를 추출할 수 있었다. 개별 열매파리 뇌와 15개의 혼합된 뇌를 마이셀 동전기 크로마토그래피(MEKC: Micellar Electrokinetic Chromatography)를 사용하여 동결건조된 뇌에서 신선한 뇌로부터 얻을 수 있는 신경전달물질을 검출할 수 있었다. 연구결과, 신선한 뇌에서 발견된 N-아세틸세로토닌, N-아세틸아민, N-아세틸도파민이 동결건조 뇌에서도 거의 유사한 농도로 검출되었다. 하지만 도파민과 옥토파민은 동결건조 뇌에서 훨씬 적은 양으로 검출되었다. Andrew Ewing 박사는 아마도 일부분의 도파민과 옥토파민이 아세톤을 증발건조하는 과정에서 함께 제거됐을 것으로 판단하고 동결건조 과정에서 이러한 신경전달물질들의 손실이 발생하지 않는 방법을 찾고자 노력하고 있다. Ewing 박사는 손실 없이 작은 뇌 검체를 추출하는데 본 연구에 사용한 동결건조 방식의 접근이 광범위한 뇌 연구에 유용하게 활용될 수 있을 것이라고 생각하고 있다. 1303_fly_head.jpg http://www.separationsnow.com/details/ezine/13d6e214bd6/Brain-freeze-Detecting-neurochemicals-in-freeze-dried-fly-brains.html?tzcheck