사람은 눈을 다시 키울 수 있을까? 이 달팽이들은 이미 그렇게 한다

황금사과달팽이는 사람의 눈과 근본적으로 유사한 카메라 모양의 눈을 가지고 있습니다. 인간과 달리, 이 달팽이는 손상되거나 손상된 눈을 재생시킬 수 있습니다. UC 데이비스 생물학자 앨리스 아코르시는 달팽이가 이러한 능력을 어떻게 발휘하는지 연구하고 있습니다. 이 지식은 인간의 눈 손상을 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 인간의 눈을 치료하거나 재생시키는 새로운 방법을 개발하는 데에도 도움이 될 수 있습니다. 출처: 앨리스 아코르시, UC 데이비스

인간의 눈은 복잡하고 회복이 불가능하지만, 구조적으로는 눈을 완전히 재생할 수 있는 민물사과달팽이와 비슷합니다. 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 분자세포생물학 조교수인 앨리스 아코르시는 이 달팽이들이 어떻게 눈을 재생하는지 연구하고 있으며, 궁극적으로 눈 부상 환자의 시력 회복을 돕는 것을 목표로 합니다.

8월 6일 Nature Communications 에 발표된 새로운 연구에서 Accorsi는 사과 달팽이와 인간의 눈이 많은 해부학적, 유전적 특징을 공유한다는 것을 보여주었습니다.

"사과달팽이는 정말 특별한 생물입니다."라고 아코르시는 말했다. "복잡한 감각 기관의 재생을 연구할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다. 이전에는 완전한 눈 재생을 연구할 수 있는 체계가 없었습니다."

그녀의 팀은 또한 사과 달팽이의 유전체를 편집하는 방법을 개발했는데, 이를 통해 눈 재생의 유전적, 분자적 메커니즘을 탐구할 수 있을 것입니다.

달팽이처럼 느리게 움직이는 달팽이

황금사과달팽이( Pomacea canaliculata) 는 남미 원산의 담수 달팽이입니다. 현재 전 세계 여러 곳에서 침입종이 되어 있지만, 아코르시는 사과달팽이를 침입종으로 만드는 바로 그 특징들이 실험실에서도 연구하기 좋은 동물이 되게 한다고 말했습니다.

그녀는 "사과 달팽이는 회복력이 강하고, 한 세대가 매우 짧으며, 새끼를 많이 낳습니다."라고 말했습니다.

실험실에서 쉽게 키울 수 있다는 점 외에도, 사과 달팽이는 사람과 같은 유형의 "카메라 유형" 눈을 가지고 있습니다.

달팽이는 수 세기 동안 재생 능력으로 알려져 왔습니다. 1766년, 한 연구자는 잘린 정원 달팽이가 머리 전체를 다시 자랄 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 아코르시는 재생 연구에 이 특징을 활용한 최초의 연구자입니다.

"이 이야기를 처음 접했을 때, 왜 아무도 달팽이를 이용해 재생을 연구하지 않는지 자문했습니다."라고 아코르시는 말했습니다. "아마 지금까지 연구할 완벽한 달팽이를 찾지 못했기 때문일 겁니다. 다른 많은 달팽이들은 실험실에서 번식하기가 어렵거나 매우 느리고, 많은 종들이 변태를 거치기 때문에 추가적인 어려움이 따릅니다."

카메라 같은 눈

동물계에는 다양한 유형의 눈이 있지만, 카메라형 눈은 특히 고해상도 이미지를 생성하는 것으로 알려져 있습니다. 카메라형 눈은 보호 각막, 빛을 모으는 수정체, 그리고 수백만 개의 빛을 감지하는 광수용체 세포가 들어 있는 망막으로 구성됩니다. 모든 척추동물, 일부 거미, 오징어, 문어, 그리고 일부 달팽이에서 발견됩니다.

아코르시의 팀은 해부, 현미경 검사, 유전체 분석을 조합하여 사용하여 사과 달팽이의 눈이 해부학적, 유전적으로 인간의 눈과 유사하다는 것을 보여주었습니다.

"우리는 인간의 눈 발달에 관여하는 많은 유전자가 달팽이에도 존재한다는 것을 보여주기 위해 많은 연구를 했습니다."라고 아코르시는 말했다. "재생 후, 새로운 눈의 형태와 유전자 발현은 원래 눈과 거의 동일합니다."

눈을 다시 키우는 방법

그렇다면 달팽이는 절단 후 어떻게 눈이 다시 자랄까요? 연구진은 이 과정이 약 한 달 정도 걸리고 여러 단계로 구성되어 있음을 보여주었습니다. 첫째, 감염과 체액 손실을 막기 위해 상처가 아물어야 하는데, 이 과정은 보통 약 24시간 정도 걸립니다. 그 후, 특수화되지 않은 세포들이 해당 부위로 이동하여 증식합니다. 약 1주일 반 동안 이 세포들은 특수화되어 수정체와 망막을 포함한 눈의 구조를 형성하기 시작합니다. 절단 후 15일이 되면 시신경을 포함한 모든 눈의 구조가 존재하지만, 이러한 구조는 몇 주 동안 더 성숙하고 성장합니다.

"아직 달팽이가 이미지를 볼 수 있다는 결정적인 증거는 없지만, 해부학적으로는 이미지를 형성하는 데 필요한 모든 구성 요소를 갖추고 있습니다."라고 아코르시는 말했다. "달팽이가 새로운 눈을 사용하여 원래 눈을 사용했을 때와 같은 방식으로 자극을 처리할 수 있다는 것을 보여주는 행동 분석법을 개발하는 것은 매우 흥미로울 것입니다. 현재 연구 중입니다."

연구팀은 재생 과정에서 어떤 유전자가 활성화되는지 조사했습니다. 절단 직후, 달팽이는 약 9,000개의 유전자를 가지고 있었으며, 이 유전자들은 정상적인 성체 달팽이 눈과 다른 발현률을 보였습니다. 28일 후에도 재생된 눈에서 1,175개의 유전자가 여전히 다르게 발현되었습니다. 이는 눈이 한 달 후에 완전히 발달한 것처럼 보이지만, 완전히 성숙되기까지는 더 오랜 시간이 걸릴 수 있음을 시사합니다.

재생을 위한 유전자

유전자가 재생을 어떻게 조절하는지 더 잘 이해하기 위해, 아코르시는 CRISPR-Cas9를 사용하여 달팽이의 유전체를 편집하는 방법을 개발했습니다.

아코르시는 "특정 유전자에 돌연변이를 일으켜 동물에 어떤 영향을 미치는지 보는 것이 아이디어입니다. 이를 통해 유전체의 여러 부분의 기능을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 말했습니다.

첫 번째 실험으로, 연구팀은 CRISPR/Cas9를 사용하여 달팽이 배아에서 pax6 라는 유전자를 돌연변이시켰습니다. Pax6는 인간, 생쥐, 초파리의 뇌와 눈의 발달과 조직을 조절하는 것으로 알려져 있습니다. 인간과 마찬가지로 달팽이는 각 유전자를 부모로부터 각각 하나씩, 두 개씩 가지고 있습니다. 연구진은 사과 달팽이가 pax6 의 두 가지 비기능적 버전을 가질 때 눈이 없이 발달한다는 것을 보여주었습니다. 이는 pax6가 사과 달팽이의 초기 눈 발달에도 필수적임을 보여줍니다.

아코르시는 다음 단계, 즉 pax6가 눈 재생에도 역할을 하는지 여부를 연구하고 있습니다. 이를 확인하기 위해 연구진은 성체 달팽이에서 pax6를 돌연변이시키거나 비활성화한 후 재생 능력을 시험해야 할 것입니다.

그녀는 또한 수정체나 망막과 같은 눈의 특정 부분을 인코딩하는 유전자와 pax6를 제어하는 유전자를 포함하여 눈과 관련된 다른 유전자를 조사하고 있습니다.

"눈 재생에 중요한 유전자 세트를 발견하고, 이 유전자가 척추동물에도 존재한다면, 이론적으로는 이 유전자를 활성화해 인간의 눈 재생을 가능하게 할 수 있을 것입니다."라고 아코르시는 말했습니다.

이 연구의 추가 저자는 UC 데이비스의 아스미타 가탐라주, 그리고 스토워스 의학연구소의 브렌다 파르도, 에릭 로스, 티모시 J. 코빈, 멜라이니아 맥클레인, 카일 위버, 킴 델벤탈, 제이슨 A. 모리슨, 메리 캐슬린 맥키니, 션 A. 맥키니, 그리고 알레한드로 산체스 알바라도입니다. 아코르시는 2024년 UC 데이비스에 합류하기 전까지 스토워스 의학연구소에서 박사후 연구원으로 재직하며 이 연구의 대부분을 수행했습니다.

이 연구는 하워드 휴즈 의학연구소, 발달생물학회, 미국 해부학 협회, 스토워스 의학연구소의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250806094112.htm