제브라피시는 많은 사람들의 최초의 유전자 변형 애완동물입니다.

제브라피시 센터의 정식 명칭은 국립 제브라피시 자원센터로 간단히 말하면 제브라피시 사육 및 관련 실험연구를 전문적으로 수행하는 곳이다. 센터 전체에서 가장 눈길을 끄는 것은 크고 작은 파란색 수조가 줄지어 있는 것입니다. 이것은 전문적인 제브라피시 사육 시스템입니다. 각 시스템 그룹은 서로 독립적입니다. 단일 시스템에는 최대 45개의 서로 다른 크기의 "방"이 있습니다. 전체 시스템은 주기적으로 격리되고 통합되어 있으며, 이는 특히 작은 수생생물을 사육하는 데 적합합니다.

국립 제브라피시 자원 센터에 제브라피시가 있는 파란색 탱크. 사진: Shaoxia Little Yellow Chicken

시스템의 모든 "방"에는 길이가 3~5cm인 작은 물고기가 살고 있습니다. 이것은 중앙의 핵심 "거주"인 얼룩말 물고기입니다.

인간이 아플 때 해독제 역할을 한다

인도가 원산지인 작은 잉어 물고기인 제브라피시 다니오 레리오는 같은 속의 다른 물고기와 색깔이 다르다. , 요소가 훨씬 더 우아하며 작은 은회색 본체에 회색 파란색 세로 줄무늬 몇 개만 배열되어 있습니다.

얼룩말 줄무늬가 있는 작은 물고기. 사진: goodfreephotos

방문하는 많은 관광객들은 다음과 같은 질문을 할 것입니다. 이 제브라피시는 보기에도 좋지 않고 식용으로 보이지도 않습니다.

소위 내부자는 문만 바라보고, 일반인은 설렘만 바라본다. 생명 과학 관련 분야에서 이 겸손한 제브라피시는 중요한 모델 유기체입니다.

생명 과학 분야에서 일반적으로 사용되는 4가지 모델 유기체: 대장균, Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster 및 Arabidopsis thaliana. 사진: André Karwath, 12월 / Wikimedia

소위 "모델 유기체"는 고등학교 생물학 교과서에 나오는 것과 같이 보편법칙에 따라 특정 생명 현상을 밝히기 위해 과학 연구를 위해 과학자들이 선택한 유기체를 의미합니다. 멘델은 완두콩을 사용했고, 모건은 초파리와 잘 알려진 흰쥐를 관찰했습니다. 둘 다 고전적인 모델 유기체입니다.

'9331'은 생물학과 학생들이 들으면 나도 모르게 미소를 짓게 만드는 코드이다. 사진은 멘델이 발견한 자유 유전자 조합의 법칙을 생생하게 보여주기 위해 실제 노란색 원형, 녹색 원형, 노란색 주름 완두콩, 녹색 주름 완두콩을 사용했습니다. 사진: 캘린더 걸

생명과학 연구는 이상적인 모형 유기체와 불가분의 관계에 있지만, 척추동물 발달과 유전학에 대한 연구는 이상적인 무척추동물 발달에 대한 연구가 부족하여 오랫동안 뒤쳐져 왔습니다.

쥐는 현대 첨단 유전학의 발달을 이끌었지만, 쥐의 배아는 어미 자궁 깊숙이 묻혀 있어 연구자들이 생쥐의 발달을 관찰하기 어렵다. 제노푸스 라에비스(Xenopus laevis)는 발생학에서는 좋은 물질이지만 번식이 너무 느리기 때문에 유전학 연구의 좋은 대상이 되기는 어렵습니다.

고전적인 모델 유기체인 Xenopus laevis. 사진: Ben Rschr / Wikimedia

제브라피시는 구하기 쉽고, 대량 사육이 용이하며, 번식력이 높고, 체외 산란, 체외 수정, 투명하고 관찰하기 쉬운 배아, 단순하고 반복 가능합니다. 많은 우수한 실험적 특성으로 인해 생물학자들에게 이상적인 실험 주제가 되었습니다.

더 중요한 것은 제브라피시와 인간 유전자가 최대 87%의 상동성을 가지고 있다는 것입니다. 즉, 제브라피시에 대해 수행한 실험 결과는 대부분의 경우 인간과 비교할 수 있다는 의미입니다. 따라서 제브라피시는 다양한 인간 질병과 관련된 수많은 발생학, 유전학, 독성학 연구 및 실험을 위한 모델 유기체로 선택되었습니다.

발생학적, 유전적 관점에서 볼 때, 제브라피시 배아는 투명하여 다양한 장기와 조직의 발달을 관찰하기 쉽습니다. 더욱이, 그들은 반수체 자손을 생산할 가능성이 더 높으며, 열성 유전자에 의해 제어되는 특성을 관찰하는 데 매우 적합하며, 유전자에 대한 동형접합성 개체를 빠르게 번식시킬 수도 있습니다.

투명한 제브라피시 배아.

사진: Adam Amsterdam et. al. / PLoS Biology (2004)

독성학적 관점에서, 환경에 존재하는 다양한 화학물질의 기형 유발 효과를 테스트하기 위해 제브라피시를 사용하는 것은 비용이 많이 듭니다. 요인, 우수한 반복성, 쉬운 작동, 높은 감도 및 여러 독성 지표를 동시에 관찰하는 능력을 갖추고 있으며 오염 물질의 독성 메커니즘을 추가로 연구할 수 있습니다.

태아 알코올 증후군

연구원들은 제브라피시 배아를 다양한 농도의 에탄올로 처리한 결과, 에탄올 농도가 증가함에 따라 제브라피시 배아의 기형 발생률과 치사율이 증가하고, 부화율이 감소한다는 사실을 발견했습니다. 배아의 신체 길이가 짧아지고 심장 박동이 느려집니다.

그 중 발달 기형에는 주로 꼬리 매듭, 작은 눈, 심낭 부종, 척추 만곡 등이 포함되며 이는 인간의 태아 알코올 증후군 증상과 유사합니다. 그 결과, 인간 배아 발달에 대한 에탄올의 독성 영향이 밝혀졌습니다.

제브라피시를 활용해 인간과 관련된 질병을 치료하기 위한 질병 모델과 연구 방법을 확립하는 것은 최근 전 세계적으로 뜨거운 과학 연구 프로젝트로 떠올랐다. 지금까지 수천 개의 제브라피시 돌연변이가 발견되었으며, 이는 빈혈, 청각 장애, 망막 변성, 중증 근무력증, 악성 종양 및 알츠하이머병과 같은 다양한 인간 질병을 시뮬레이션할 수 있습니다.

최근에는 제브라피시가 우울증과 약물 중독 연구에도 활용될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 뿐만 아니라, 제브라피시는 아편계 진통제, 항우울제, 항불안제 등 향정신성 약물에 매우 민감하기 때문에 약물 대사 및 약물 부작용을 연구하는 중요한 도구로 사용될 수 있습니다.

제브라피시는 케타민(일반적으로 K 파우더라고도 함) 중독과 관련된 연구에 사용됩니다. 이미지: 미국 식품의약국(FDA) / flickr

또한 제브라피시는 지느러미, 비늘, 심장, 뇌, 척추의 일부가 모두 재생될 수 있어 인간의 절단 치료에도 효과가 있다고 할 수 있다. 큰 의미가 있을 것입니다.

생명과학 분야에 '헌신'한 실험용 물고기는 제브라피시뿐만이 아니다. 최근 메다카는 생리학 연구 분야에서 점차 화제가 되고 있으며, 1994년에는 대표적인 척추동물로 우주로 보내지기까지 했습니다. 중국과학원 수생생물학 연구소는 독성 테스트와 환경 모니터링을 위해 레어 미노우(수량이 적지는 않지만 "레어 미노우"라고 불림)라고 불리는 '독성 시험 어류'를 독자적으로 개발했습니다. 사진은 희귀한 붕어의 모습입니다. 사진: 샤오시아 작은 노란 닭

실험실에서 유전자 변형된 애완동물

그러나 실험용 물고기는 여전히 모든 사람의 삶에서 조금 멀리 떨어져 있습니다. 대부분의 사람들이 제브라피시에 가장 많이 노출되는 곳은 빅 꽃새 시장의 수족관 매장입니다.

제브라피시는 엄청난 생산량과 내구성 덕분에 관상어 가게에서는 거의 필수품이다. "얼굴을 보는" 관상어의 세계에서 제브라피시는 놀라운 다양성을 보여줍니다. 일부 제브라피시는 지느러미가 확장되어 "긴 지느러미 제브라피시"라고 불리며, 일부 제브라피시는 "긴 지느러미"라고 불리는 간헐적인 반점으로 변하는 패턴을 가지고 있습니다. 제브라피시". "레오파드 제브라피시"라고도 불리며, 가장 흔한 제브라피시라도 뒷지느러미 패턴이 다릅니다.

점박이 제브라피시. 사진 : 베르나트 알란디스 / flickr

하지만 수많은 제브라피시 중 가장 눈에 띄는 것은 최근 등장한 '컬러풀 제브라피시'다. 이 제브라피시 중 일부는 밝은 빨간색이고 일부는 따뜻한 노란색이며 일부는 보라색 빛 아래에서 형광 녹색 빛을 방출할 수도 있습니다.

그리고 이 다채로운 제브라피시가 실제로 위에서 언급한 다양한 실험의 부산물이라는 것을 상상도 못했을 것입니다.

실험에 사용된 제브라피시는 뛰어난 장점을 갖고 있음에도 불구하고 여전히 해결되지 않은 문제가 있다. 물고기 배아는 작고 투명하며 발달 과정의 표시는 명확하지만 세밀한 관찰이 가능해진다. 문제.

이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 형질전환 기술을 이용해 제브라피시 수정란에 형광 단백질을 도입하고 이를 특정 조직과 기관에서 발현시켜 형광현미경으로 쉽게 검출할 수 있도록 개발하고 있다. 특정 기관의 생리학적 변화를 관찰할 수 있으며 전체 배아 발달 과정은 물론 외인성 물질이나 유전적 돌연변이가 기관 발달에 미치는 영향도 동적으로 추적할 수 있습니다.

심장에 녹색형광단백질을 품고 있는 제브라피시. 사진: NIGHTSEA / YouTube

형광 형질전환 제브라피시는 싱가포르 국립대학교의 중국 과학자들이 발명했습니다.

이 형질전환 제브라피시는 녹색 형광을 방출할 수 있는데, 이는 주로 Aequorea victoria에서 분리된 녹색 형광 단백질(녹색 형광 단백질, GFP라고 함)로 인해 자연광 하에서 녹색 형광을 방출할 수 있습니다.

생명과학을 밝히는 단백질

GFP는 일본 나고야대학교의 시모무라 오사무가 처음 분리한 이후 GFP 관련 연구에 전념해 왔습니다. GFP가 분리된 후, 미국 컬럼비아 대학교의 마틴 샬피(Martin Schalfi) 교수는 그것의 엄청난 응용 가능성을 예리하게 인식하고 GFP 유전자를 선충에 개척하여 녹색 형광을 발하게 만들었습니다.

동시에 중국계 미국인 과학자 Qian Yongjian은 GFP 유전자를 변형하여 새로운 GFP 변이체를 만들어 청록색, 파란색, 노란색 빛 등 더 강하고 다양한 빛을 방출할 수 있도록 했습니다. 따라서 GFP가 더 널리 사용됩니다.

이들 세 과학자는 2008년 형광 단백질 연구 성과로 공동으로 노벨 화학상을 수상했다.

사진은 녹색형광단백질로 형질전환된 대장균의 모습이다. 사진: DanceWithNyanko

처음에는 유전자 변형 제브라피시를 사용하여 물의 환경 오염을 모니터링했습니다. 과학자들은 제브라피시가 주변 수역의 환경 변화에 반응할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 환경의 오염 물질이나 독소(예: 다이옥신 또는 폴리염화비페닐)의 수준이 증가하면 이 물고기는 몸에서 특별한 효소와 효소를 생성합니다. 독소가 증가하면 함량도 증가합니다.

형질전환 제브라피시는 물에 방출된 후 오염되면 제브라피시에서 방출되는 녹색 형광의 강도도 증가합니다. 그에 따라 증가하십시오. 이와 같이 형광강도를 검출하여 환경오염을 알 수 있다. 이 형광 제브라피시는 "생태 사이렌"으로도 알려져 있습니다.

형광 제브라피시의 대규모 떼입니다. 사진: 루비 자일린(Ruby Jylin)/유튜브

그러나 유전자 변형 물고기를 자연수에 투입하는 것이 테스트이기 때문에 이러한 행위는 유전자 오염 등 일련의 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 생태학적 탐지에서 형광 물고기의 적용 전망은 점점 어두워지고 있습니다.

2001년부터 싱가포르 국립대학교와 미국 요크 시티 테크놀로지 컴퍼니(York City Technology Company)는 관상어인 형광 형질전환 제브라피시의 새로운 시장을 개척하기 위해 협력해 왔습니다. 2003년 12월 9일, 2년이 넘는 광범위한 환경 위험 평가 이후 미국 식품의약국(FDA)은 관상용 물고기인 유전자 변형 제브라피시 글로피시(Glofish?)가 어떠한 환경 위험도 일으키지 않으며 인간의 먹이 사슬에 유입되지 않을 것이라고 결정했습니다. 글로피시 상장요청이 승인됐나요?

퍼듀 대학의 연구에 따르면 야생형 제브라피시는 적색 형질전환 제브라피시와의 번식 경쟁에서 유리하다는 사실이 밝혀졌습니다. 야생 암컷 제브라피시는 더 화려한 빨간색 제브라피시를 선호하지만, 야생 수컷 제브라피시는 빨간색 제브라피시를 격렬하게 쫓아내므로 15세대가 지나면 거의 모든 빨간색 제브라피시가 사라지게 됩니다.

Glofish?는 또한 미국에서 판매가 승인된 최초의 유전자 변형 동물이 되었습니다.

글로피시에서 판매하는 다양한 형광 제브라피시? 사진: glofish.com

2006년에 연구자들은 산호의 적색 형광 단백질 유전자를 사용하여 적색 형광 제브라피시 계통을 개발했습니다(가장 일반적인 적색 제브라피시는 생태학적 병에서 "물체"를 "박해"하는 데 일반적으로 사용됨). ); 해파리의 일련의 형광 단백질 유전자를 사용하면서 주황색-노란색 형광 제브라피시 균주가 개발되었습니다. 2011년에는 청색형광성 및 보라색형광성 제브라피시 계통이 개발되었습니다.

제브라피시 외에도 중국 대만에서 개발된 형광 메다카 등 다른 작은 물고기에도 사람들이 '해를 끼치고' 있다. 끝없이 흘러나오는 다양한 색깔의 작은 형광 물고기는 우리 삶에서 가장 쉽게 접할 수 있는 유전자 변형 동물이 되었습니다.

눈에 띄지 않는 작은 민물고기부터 생명과학 분야의 스타 모델 생물, 가장 흔하게 볼 수 있는 관상어까지, 제브라피시는 작은 몸집을 이용해 전설을 잇따라 만들어 왔습니다.