생물학의 해

우리의 추억은 우리 정체성의 초석입니다. 그들의 중요성은 알츠하이머병과 다른 형태의 치매를 그토록 잔인하고 가슴 아프게 만드는 큰 부분입니다. 이것이 바로 우리가 과학이 알츠하이머병 치료법을 제공하기를 간절히 바랐던 이유이며, 유용한 치료법이 더디게 나타나는 것이 그토록 실망스럽고 비극적인 이유입니다. 따라서 지난 9월 신약인 레카네맙(lecanemab)이 임상 시험에서 질병의 진행을 늦췄다는 발표가 발표되자 큰 흥분이 닥쳤습니다. 레카네맙은 식품의약국(FDA) 승인을 받으면 알츠하이머병의 원인으로 널리 알려져 있는 아밀로이드-베타 단백질에 대응하는 두 번째 알츠하이머 치료제가 된다. 

그러나 레카네맙의 효과는 너무 미미하여 연구자들은 이 약물이 환자에게 실제로 실질적인 변화를 가져올 것인지에 대해 논쟁을 벌이고 있습니다. 레카네맙이 밝은 점으로 두드러진다는 사실은 알츠하이머병 치료에 대한 연구 역사가 얼마나 암울했는지를 말해줍니다. 한편, 생물학에 대한 더 깊은 이해는 질병의 원인에 대한 주요 대체 이론에 대한 관심을 불러일으키고 있습니다.

기억이 어떻게 작동하는지에 대한 추측은 소크라테스의 대화 중 하나에서 "뮤즈의 어머니인 기억의 선물"에 대해 썼고 그 작동을 영혼의 밀랍 도장에 비유한 플라톤만큼 오래되었습니다. 우리는 플라톤 시대 이후로 우리 뉴런의 변화에 ​​대한 "엔그램"이나 밀랍 스탬프 등을 통해 기억에 대한 이해가 과학에서 크게 향상되었다는 사실에 감사할 수 있습니다. 지난 해에만 연구자들은 우리 기억의 다양한 측면이 뇌의 어디에 어떻게 존재하는지 알아내는 데 흥미로운 진전을 이루었습니다. 더욱 놀랍게도 그들은 좋은 기억과 나쁜 기억을 구별하는 생화학적 메커니즘까지 발견했습니다.

우리는 뇌를 가진 생물이기 때문에 종종 순전히 신경학적인 용어로 기억을 생각합니다. 그러나 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 연구자들이 2022년 초에 발표한 연구에서는 발달 중인 조직의 개별 세포조차도 해당 계통의 역사에 대한 일부 기록을 보유할 수 있음을 시사합니다. 이러한 줄기세포는 화학적 신호에 반응하여 어떻게 특화할지 결정해야 할 때 저장된 정보에 의존하는 것 같습니다. 지난 해 생물학의 발전은 뇌가 장기간의 식량 부족에 어떻게 적응하는지, 이동하는 세포가 신체 내 경로를 따라가는 방식에 대한 통찰을 포함하여 다른 많은 놀라움도 드러냈습니다. 내년의 공개가 우리에게 다시 우리 자신에 대한 새로운 관점을 주기 전에 그 작품 중 최고의 작품 중 일부를 되돌아보는 것은 가치가 있습니다.

연구나 환자와의 개인적인 유대를 통해 알츠하이머병과 관련된 많은 사람들은 2022년이 획기적인 해가 되기를 바랐습니다. 주요 임상 시험에서는 질병의 근본 원인을 해결하는 두 가지 신약이 효과가 있는지 여부가 마침내 밝혀졌습니다. 결과는 아쉽게도 기대에 미치지 못했습니다. 약물 중 하나인 레카네맙(lecanemab)은 일부 환자의 인지 저하를 약간 늦추는 잠재력을 보였지만 때로는 치명적인 부작용과도 관련이 있었습니다. 다른 하나인 간테네루맙은 완전한 실패로 간주되었습니다. 

실망스러운 결과는 알츠하이머병이 뇌 세포 사이에 쌓여 뇌를 죽이는 아밀로이드 단백질 플라크에 의해 발생한다는 이론에 크게 기초한 30년 간의 연구를 중단시켰습니다. 그러나 점점 더 많은 증거에 따르면 아밀로이드는 신체의 한 구성 요소일 뿐이라는 사실이 밝혀졌습니다. 훨씬 더 복잡한 질병 과정 이는 염증을 손상시키고 세포가 단백질을 재활용하는 방식의 오작동을 수반합니다. 이러한 아이디어의 대부분은 아밀로이드 가설만큼 오랫동안 존재해 왔지만 이제 막 주목을 받기 시작했습니다.

실제로 세포 주변의 단백질 집합체는 마치 세포처럼 보이기 시작했습니다. 거의 보편적인 현상 지난 봄 사전 출판에서 발표된 스탠포드 대학 연구진의 연구에 따르면, 노화된 조직에서는 아밀로이드와 알츠하이머병 특유의 상태가 아닌 것으로 나타났습니다. 이번 관찰은 단백질 관리 문제의 악화가 세포 노화의 일상적인 결과일 수 있다는 또 하나의 증거일 수 있습니다.

신경과학자들은 원칙적으로 기억이 어떻게 형성되는지에 대해 오랫동안 많은 것을 이해해 왔습니다. 그들은 뇌가 인지하고, 느끼고, 생각할 때, 그러한 경험을 일으키는 신경 활동이 관련된 뉴런 사이의 시냅스 연결을 강화한다는 것을 알고 있습니다. 우리 신경 회로의 이러한 지속적인 변화는 우리 기억의 물리적 기록이 되어 필요할 때 우리 경험의 전기적 패턴을 다시 불러일으킬 수 있게 해줍니다. 그럼에도 불구하고 해당 프로세스의 정확한 세부 사항은 비밀이었습니다. 올해 초, 서던캘리포니아 대학교(University of Southern California)의 연구원들이 그 변화를 시각화하는 것 물고기가 불쾌한 열과 빛의 신호를 연관시키는 법을 배우는 것을 보곤했던 살아있는 뇌에서 발생하기 때문입니다. 놀랍게도 이 과정은 일부 시냅스를 강화하는 반면 다른 일부는 삭제했습니다. 

기억의 정보 내용은 뇌가 저장하는 것의 일부일 뿐입니다. 추억은 또한 다음과 같이 인코딩됩니다. 감정적인 '밸런스' 이를 긍정적인 경험과 부정적인 경험으로 분류합니다. 지난 여름, 연구자들은 뉴런에서 방출되는 뉴로텐신이라는 단일 분자의 수준이 해당 라벨링의 신호 역할을 하는 것으로 보인다고 보고했습니다. 

지구상의 생명체는 약 3.8억년 전 세포가 처음 출현하면서 시작되었습니다. 그러나 역설적이게도 세포가 존재하기 전에는 놀랍도록 살아있는 것과 같은 일을 하는 분자 집합이 있었음에 틀림없습니다. 지난 XNUMX년 동안 일본의 연구자들은 단일 유형의 복제 분자가 다양한 복제자로 진화할 수 있는지 알아보기 위해 RNA 분자를 이용한 실험을 수행해 왔습니다. 생명의 기원에 관한 연구자들은 자연에서 발생했음이 틀림없다고 이론화했습니다. 일본 과학자들은 다양한 분자가 경쟁하는 숙주와 지배력을 키우는 기생충으로 공동 진화하면서 이러한 다양화가 실제로 발생했다는 사실을 발견했습니다. 지난 XNUMX월, 과학자들은 새로운 발전을 보고했습니다. 다양한 분자가 하나의 환경에서 함께 작동하기 시작했습니다. 더욱 안정적인 생태계. 그들의 연구는 생물 이전 세계의 RNA와 다른 분자들도 마찬가지로 세포 생명의 기초를 놓기 위해 공진화했을 수 있음을 시사합니다.

자기 복제는 종종 생명의 기원 가설에서 필수적인 첫 번째 단계로 간주되지만 반드시 그럴 필요는 없습니다. 올해에도 닉 레인(Nick Lane)과 다른 진화생물학자들은 세포가 존재하기 전에, "원시 대사" 시스템 복잡한 일련의 에너지 반응을 포함하는 열수 분출구 근처의 다공성 물질에서 발생했을 수 있습니다.

단일 수정란 세포가 어떻게 30개 이상의 전문 범주에서 200조 개 이상의 세포를 갖춘 성인 인체로 성장합니까? 그것은 개발의 전형적인 미스터리입니다. 지난 세기의 대부분 동안, 발달 중인 신체의 다양한 부분에 확립된 화학적 구배가 세포를 필요한 곳으로 안내하고 피부, 근육, 뼈, 뇌 및 기타 구성 요소로 분화하는 방법을 알려준다는 것이 주된 설명이었습니다. 장기. 

그러나 이제 화학 물질은 답의 일부일 뿐인 것 같습니다. 최근 연구에 따르면 세포는 탐색을 안내하기 위해 화학적 기울기 단서를 사용하지만 다음과 같은 신호도 따릅니다. 신체적 긴장의 패턴 마치 팽팽한 줄을 건너는 줄타기 선수처럼 그들을 둘러싸고 있는 조직에. 물리적 긴장은 세포에게 어디로 가야 할지 알려주는 것 이상의 역할을 합니다. 5월에 보고된 다른 연구에서는 배아 내부의 기계적 힘이 세포 세트를 유도하는 데 도움이 된다는 사실을 보여주었습니다. 구체적인 구조가 되다, 피부 대신 깃털과 같은 것입니다.

한편, 생명 연구에 공학적 접근 방식을 취하는 연구자인 합성 생물학자들은 화학적 단서에 반응하여 세포가 분화하는 방식을 제어하는 ​​유전 알고리즘의 종류를 이해하는 데 중요한 진전을 이루었습니다. Caltech의 한 팀이 시연했습니다. 인공적인 유전자 네트워크 이는 줄기세포를 더욱 특수화된 여러 유형의 세포로 안정적으로 변형시킬 수 있습니다. 그들은 세포의 자연적인 유전자 제어 시스템이 무엇인지 확인하지 못했지만, 그들의 모델의 성공은 실제 시스템이 무엇이든 훨씬 더 복잡할 필요가 없다는 것을 증명합니다.

뇌는 신체에서 에너지를 가장 많이 소모하는 기관이므로, 뇌가 장기간의 식량 결핍에 대처할 수 있도록 돕기 위해 진화가 비상 전략을 고안한 것은 놀라운 일이 아닐 것입니다. 에든버러 대학의 연구자들은 생쥐가 몇 주 동안 계속해서 짧은 배급량으로 생존해야 할 때, 쥐의 뇌가 "저전력" 모드. 

이 상태에서 시각 피질의 뉴런은 시냅스에서 거의 30% 적은 에너지를 사용합니다. 공학적 관점에서 볼 때 이는 뇌의 에너지 자원을 확장하기 위한 깔끔한 솔루션이지만 문제가 있습니다. 실제로 저전력 모드는 시각 시스템이 신호를 덜 정확하게 처리하게 하여 동물의 시야 해상도를 감소시킵니다. 

뇌에 대한 공학적 관점은 최근 또 다른 감각 시스템인 후각에 대한 이해를 향상시켰습니다. 연구자들은 냄새를 인식하는 컴퓨터화된 “인공 코”의 능력을 향상시키기 위해 노력해 왔습니다. 화학 구조만으로도 우리가 다양한 분자와 연관시키는 냄새를 정의하는 데 큰 도움이 됩니다. 그러나 새로운 연구에서는 대사 과정 자연에서 분자를 생성하는 것은 분자 냄새에 대한 우리의 감각을 반영합니다. 분석에 대사 정보를 포함하는 신경망은 인간이 하는 방식으로 냄새를 분류하는 데 훨씬 더 가까워졌습니다.

살아있는 인간의 뇌는 여전히 신경과학자들이 연구하기에는 엄청나게 어려운 대상입니다. 두개골은 그들의 시야를 가리고 윤리적 고려로 인해 잠재적으로 유익한 많은 실험이 배제됩니다. 이것이 바로 연구자들이 실험실에서 분리된 뇌 조직을 성장시켜 실제 뇌와 물리적, 전기적으로 유사한 "유기체"를 형성하기 시작한 이유입니다. 올해 신경과학자 Sergiu Paşca와 그의 동료들은 이러한 유사점이 얼마나 멀리까지 확산되는지를 보여주었습니다. 인간의 뇌 오르가노이드 갓 태어난 실험실 쥐로. 인간 세포는 동물의 신경 회로에 통합되어 후각 역할을 담당했습니다. 더욱이, 이식된 뉴런은 분리된 오가노이드에서 자라는 뉴런보다 더 건강해 보였습니다. 이는 Paşca가 인터뷰 과 콴타, 뉴런에 입력과 출력을 제공하는 것의 중요성. 이 연구는 미래에 인간 두뇌에 대한 더 나은 실험 모델을 개발하는 방향을 제시합니다.