줄기세포
자가 재생 능력과 다양한 세포로 분화하는 능력을 가진 미분화 세포로, 배아줄기세포와 성체줄기세포로 구분되며 난치병 치료에 활용된다.
스스로 똑같이 분열해 수를 늘릴 수 있으면서(자가 재생), 아직 무엇이 될지 정해지지 않아 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 세포입니다.
이미 지어진 집이 다른 건물로 바뀌지 못하듯 다 자란 신경 세포는 다시 다른 세포가 되지 못합니다. 줄기세포는 아직 무엇을 지을지 정하지 않은 벽돌 더미이면서, 벽돌을 계속 스스로 찍어 낼 수도 있는 셈입니다.
쉽게 말하면
줄기세포를 이해하는 열쇠는 세포 분화입니다. 우리 몸의 모든 세포는 같은 유전체를 가지고 있지만, 어떤 유전자를 켜고 어떤 유전자를 끄느냐에 따라 신경 세포도 되고 근육 세포도 됩니다. 분화란 이 스위치 조합이 한 방향으로 굳어지는 과정이고, 줄기세포는 그 스위치 조합이 아직 굳지 않은 상태의 세포입니다.
크게 두 갈래로 나눕니다. 배아줄기세포는 발생 초기의 배아에서 얻으며 몸을 이루는 거의 모든 종류의 세포로 분화할 수 있습니다. 가능성이 넓은 대신 배아를 써야 한다는 점 때문에 생명 윤리 논쟁의 중심에 있습니다. 성체줄기세포는 골수 같은 다 자란 조직 안에 남아 있으면서, 그 조직에서 필요한 몇 가지 세포로만 분화합니다. 윤리적 부담은 적지만 분화할 수 있는 범위가 좁습니다.
여기에 더해, 이미 분화가 끝난 세포에 특정 유전자를 넣어 분화 이전 상태로 되돌린 유도만능줄기세포가 있습니다. 환자 자신의 세포로 만들 수 있어 면역 거부 반응 문제를 피할 수 있다는 것이 큰 장점입니다. 이 발상 자체가 '분화는 유전자를 버리는 것이 아니라 끄는 것'이라는 사실을 증명한 셈이기도 합니다 — 끈 스위치는 다시 켤 수 있으니까요.
이렇게 나타납니다
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예시 1골수 이식골수에는 여러 종류의 혈액 세포로 분화하는 성체줄기세포가 들어 있습니다. 백혈병 환자에게 건강한 사람의 골수를 이식하면, 그 줄기세포가 자리를 잡고 정상 혈액 세포를 계속 만들어 냅니다. 이미 오래전부터 실제 치료에 쓰이는 대표적인 줄기세포 치료입니다.
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예시 2자가 재생과 분화가 동시에 필요한 이유줄기세포가 분화만 한다면 몇 번 쓰고 나면 바닥납니다. 반대로 자가 재생만 한다면 수만 늘 뿐 아무 일도 하지 않습니다. 두 능력을 함께 가져야 조직이 평생 자기 세포를 보충할 수 있습니다.
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예시 3유도만능줄기세포로 면역 거부를 피하기남의 세포를 이식하면 면역계가 이물질로 인식해 공격합니다. 환자 자신의 피부 세포를 되돌려 만든 줄기세포로 필요한 조직을 만들면 이 문제를 줄일 수 있습니다.
배아줄기세포와 성체줄기세포
| 구분 | 배아줄기세포 | 성체줄기세포 |
|---|---|---|
| 얻는 곳 | 발생 초기의 배아 | 골수 등 다 자란 조직 |
| 분화 범위 | 몸의 거의 모든 세포로 | 그 조직에 필요한 몇 가지 세포로 |
| 윤리적 쟁점 | 배아를 이용한다는 점에서 큼 | 상대적으로 작음 |
| 면역 거부 | 타인의 것이면 거부 반응 가능 | 환자 자신의 것을 쓰면 회피 가능 |
자주 하는 오해
분화하면 유전자가 없어진다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움신경 세포는 근육 유전자를 잃어버렸기 때문에 근육이 되지 못한다
실제로는분화된 세포도 유전체 전체를 그대로 가지고 있습니다. 다만 쓰지 않는 유전자가 꺼져 있을 뿐입니다.
유도만능줄기세포가 이 사실의 증거입니다. 다 자란 세포에 몇 개의 조절 유전자를 넣자 다시 분화 이전 상태로 돌아갔습니다 — 유전자가 없어졌다면 불가능한 일입니다. 분화는 정보를 삭제하는 것이 아니라 어느 부분을 읽을지 정하는 일입니다.
줄기세포를 넣으면 알아서 필요한 조직이 된다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움줄기세포를 주사하면 손상된 부위를 찾아가 그 조직으로 바뀐다
실제로는무엇으로 분화할지는 주변 세포가 보내는 신호와 환경이 정합니다. 그 신호를 제대로 주지 못하면 원하는 세포로 분화하지 않거나, 자라기만 해서 종양이 될 위험도 있습니다.
분화는 세포 혼자 결정하지 않습니다. 실제 줄기세포 치료의 어려움은 '줄기세포를 얻는 일'보다 '원하는 세포로만, 원하는 만큼만 분화시키고 멈추게 하는 일'에 있습니다. 이 통제가 안 되기 때문에 치료 적용이 생각보다 느립니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 생명공학 기술
자주 묻는 질문
Q1줄기세포 치료는 이미 널리 쓰이고 있나요?
골수 이식처럼 오래전부터 확립된 치료가 있는가 하면, 대부분의 다른 질환에 대해서는 아직 연구 단계입니다. '줄기세포'라는 말이 붙었다고 모두 검증된 치료인 것은 아닙니다.
Q2왜 배아줄기세포가 윤리 논쟁이 되나요?
배아에서 줄기세포를 얻는 과정에서 배아가 더 이상 발생하지 못하기 때문입니다. 배아를 어느 시점부터 사람으로 볼 것인가에 대한 견해가 갈리면서 논쟁이 생깁니다.
Q3암세포도 계속 분열하는데 줄기세포와 같은가요?
다릅니다. 줄기세포의 분열은 몸의 신호에 따라 조절되고 필요할 때 분화로 이어집니다. 암세포는 그 조절에서 벗어나 통제 없이 분열합니다. 실제로 줄기세포 치료에서 조절이 안 되면 종양이 생길 위험이 문제가 됩니다.
교육과정 2022 개정 · 고3 생명과학 · 생명공학 기술
수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)
줄기세포에서 얻은 세포를 이용해 항체를 대량으로 만드는 이야기는 단일클론항체로 이어집니다.
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초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.
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