유리개구리는 적혈구를 간에 숨겨 투명하게 만듭니다.

Oct 26, 2023

2022년 12월 27일 | 미카엘라 케인

연구자들은 마침내 현대 생체 의학 영상 기술의 도움으로 개구리 종이 어떻게 위장의 대가가 되었는지 해독했습니다.

유리개구리는 순환계에서 적혈구를 빼내어 간에 숨겨 쉬는 동안 몸을 투명하게 만듭니다. 생물학자와 생의학 엔지니어로 구성된 여러 대학 팀은 12월 23일 Science 저널에 게재된 연구에서 이 개구리들이 어떻게 스스로를 투명하게 만드는지 보여주었습니다.

자연 환경에 있는 유리개구리를 놓치기 쉽습니다. 북부 유리개구리인 Hyalinobatrachium fleischmanni는 크기가 몇 센티미터에 불과하며, 녹색 피부가 주변 나뭇잎 및 나뭇잎과 조화를 이루는 데 도움이 되는 밤에 가장 활동적입니다.

하지만 이 양서류는 낮에 잠을 자는 동안 진정한 위장의 달인이 됩니다.

“유리개구리가 쉬고 있을 때 근육과 피부는 투명해지고 뼈, 눈, 내부 장기만 보입니다.”라고 듀크 대학의 박사후 연구원이자 논문 공동 제1저자인 Carlos Taboada가 말했습니다. "이 개구리는 큰 잎사귀 밑바닥에서 잠을 자는데, 투명해지면 식물의 색깔과 완벽하게 어울릴 수 있습니다."

바다에 사는 많은 동물들은 피부색을 바꾸거나 완전히 투명해질 수 있지만 육지에서는 이러한 기술이 훨씬 덜 일반적입니다. 투명성을 달성하기 어려운 이유 중 하나는 순환계의 적혈구 때문입니다. 적혈구는 일반적으로 식물과 다른 식물에서 반사되는 빛의 색인 녹색광을 흡수하는 데 능숙합니다. 그 대가로 산소가 풍부한 이 세포는 붉은 빛을 반사하여 특히 밝은 녹색 잎을 배경으로 혈액과 순환계를 눈에 잘 띄게 만듭니다.

유리개구리는 투명성을 달성할 수 있는 유일한 육상 척추동물 중 일부이며, 이로 인해 연구 대상이 되었습니다. Taboada는 투명성 연구를 전문으로 하는 Duke 대학의 생물학 교수인 Sönke Johnsen 연구실에서 박사후 연구원으로 처음 유리개구리를 연구하기 시작했습니다. 연구를 위해 다양한 유리개구리를 수집하기 위해 전 세계를 여행했던 Jesse Delia와 협력하여 그들은 개구리가 투명해질 때마다 순환하는 혈액에서 적혈구가 사라지는 것처럼 보이는 것을 관찰했습니다.

그들은 동물에 대한 추가 영상 테스트를 실시하여 광학 모델을 통해 동물이 적혈구를 혈관 밖으로 밀어내기 때문에 투명성을 얻을 수 있음을 입증했습니다. 그는 세포가 반사막으로 포장된 개구리의 내부 기관 중 하나에 저장되어 있다고 의심했습니다.

투명한 동물의 경우, 그 생물학은 해독하기가 충격적일 정도로 어려웠습니다. 이번 연구는 듀크 대학교뿐만 아니라 미국 자연사 박물관, 스탠포드 대학교, 서던캘리포니아 대학교의 생물학자들과 생의학 엔지니어들의 전문 지식을 활용했습니다.

현재 미국 자연사 박물관의 박사후 연구원인 Delia는 "이 개구리가 깨어 있거나 스트레스를 받거나 마취 상태에 있으면 순환계가 적혈구로 가득 차 불투명해집니다"라고 설명했습니다. “투명성을 연구하는 유일한 방법은 동물들이 행복하게 잠들어 있는지를 확인하는 것인데, 이는 연구실에서 달성하기 어려운 일입니다. 우리는 해결책을 찾기 위해 정말로 벽에 머리를 박고 있었습니다.”

그러나 Taboada는 특정 종의 개구리에게 특유의 녹색 색상을 부여하는 화합물인 빌리버딘을 연구하던 중 광음향 현미경(PAM)이라는 이미징 기술에 대해 배웠습니다. PAM은 안전한 레이저 광선을 조직에 쏘고 분자에 흡수되어 초음파로 변환되는 과정을 포함합니다. 그런 다음 이러한 음파를 사용하여 분자의 상세한 생체 의학 이미지를 만듭니다. 이미징 도구는 비침습적이고 조용하며 민감하며 운 좋게도 Duke에서 사용할 수 있습니다.

"PAM은 개구리에게 매우 어려운 조영제를 주입할 필요가 없기 때문에 적혈구의 비침습적 이미징을 위한 이상적인 도구입니다."라고 Duke 대학의 생명의학 공학 조교수인 Junjie Yao는 설명했습니다. PAM 기술에서. “적혈구 자체가 대비를 제공합니다. 왜냐하면 서로 다른 유형의 세포가 서로 다른 파장의 빛을 흡수하고 반사하기 때문입니다. 우리는 적혈구를 구체적으로 찾고 개구리 몸에서 순환하는 산소의 양을 추적하기 위해 이미징 시스템을 최적화할 수 있었습니다."