A Mouse With Two Dads — and a New Frontier for Biology | Katsuhiko Hayashi | TED

번역: Goeun Kim 검토: JY Kang

It is my great pleasure to be here

오늘 이 자리에서 여러분과 함께

to share some news from biology today with you.

생명과학의 새로운 소식들을 공유할 수 있게 되어 영광입니다.

So your life and mine starts with this.

여러분과 저의 삶은 여기서부터 시작됩니다.

The union of sperm and egg.

정자와 난자의 만남이죠.

The fertilization involves sperm from the father

수정에는 아빠의 정자와 엄마의 난자가 필요합니다.

and egg from the mother.

They meet in the usual way,

그 둘은 일반적인 방식으로 만나고,

and the fertilized egg acquires the potential

그렇게 수정된 수정란은

여러분과 저 같은 개체로 발달할 가능성을 갖게 합니다.

to give rise to the individuals like you and me.

If you trace back your generations, you are derived from your parents,

여러분 윗 세대로 거슬러 가 보면 여러분은 부모님으로부터 유래되었고,

and your parents are derived from your grandparents,

여러분의 부모님들은 조부모님으로부터 유래되었습니다.

and so on, in distant past.

그렇게 쭉, 아주 먼 과거까지요.

This perpetuity can only be achieved

바로 이런 영속성을 이루는 과정을

through what biologists like me call germ cell lineage.

저 같은 생물학자들은 “생식세포 계통“이라고 부릅니다.

These are the only cells that are immortal

이 세포들은 절대 죽지 않습니다.

among more than 200 types of cells in your body.

여러분 몸 속 200종 이상의 세포들 중 유일하게 죽지 않는 세포들이죠.

The rest die with you.

나머지들은 여러분과 함께 죽어요.

So these immortal germs, called gametes,

이렇게 죽지 않는 배아 세포들은 생식세포라고 불리는데,

are very important,

이들은 정말 중요합니다.

and we call them germline.

그것을 생식세포 계통이라고 하죠.

In our society, this unbroken line is under threat.

지금 우리 사회는 이 끊어지지 않는 계통이 위험에 처해 있습니다.

The present generations are having children later and later,

요즘 세대들은 아이를 점점 더 늦게 가지고,

and the older germ cells are less likely to result in successful fertilization,

그렇게 나이가 든 생식 세포들은 수정을 성공적으로 해내기가 어렵습니다.

which leads to the declining birth rate.

그리고 이건 출생률의 감소로 이어지죠.

It's not just the people.

사람에게만 국한된 것이 아닙니다.

The continuous decrease in the reproductive rate

대형 가축의 지속적인 번식률 감소는

of large livestock

거대한 경제적인 손실을 가져오고 있습니다.

has resulted in huge economic losses.

Setting aside the human needs,

인간의 필요와 별개로,

there are endangered animals down to a few individuals.

개체수가 줄어 멸종 위기에 처한 동물들이 있습니다.

How can we preserve them?

그들을 어떻게 지켜줄 수 있을까요?

That is where the assisted reproductive technology offers hope.

이 부분에서 보조 생식 기술이 해결책이 될 수 있습니다.

Since Robert Edwards successfully combined human germ cells in a dish,

로버트 에드워드가 배양접시에서 인간 생식세포를 성공적으로 수정시킨 후

more than 20 million babies have been born

이 기술을 통해 2천만 명이 넘는 아이들이 태어났습니다.

through this technology called in vitro fertilization.

바로 시험관 수정이라는 기술이죠.

However, current assisted reproductive technology

그러나, 현재의 보조 생식 기술은

can only be applied if sperm and egg can be obtained from the body.

신체로부터 정자와 난자를 획득했을 때만 적용할 수 있습니다.

If not, there are no options available.

그것 말고는 다른 방법이 없죠.

But I would ask now:

그런데 이런 의문이 생깁니다.

Can we create germ cells in a dish?

배양접시 안에서 생식 세포를 만들어낼 수는 없을까?

So this is a question.

그것이 궁금했죠.

So let's start with how the germ cells form in the body.

그럼, 우리 몸에서 이 생식 세포들이 어떻게 생기는지 알아봅시다.

After fertilization, a fertilized egg undergoes cell divisions

수정이 이루진 난자, 즉 수정란은

세포 분열을 거쳐 여러 종류의 세포로 분화합니다.

and differentiates into the different cell types.

As it further develops,

이것이 점차 진행되면서

original cells, or eventual sperm and egg,

원래의 세포, 즉 결국 정자와 난자가 될

known as the primordial germ cells, emerge.

원시 생식세포가 형성됩니다.

These primordial germ cells then differentiate into the primary egg,

이 원시 생식세포는 이후에

여성의 경우엔 초기 형태 난자인 난모세포로 분화하거나,

known as the oocyte, in the female,

or spermatogonia, the precursor of the sperm in the male.

남성은 정자의 전구체인 정원세포로 분화하게 되죠.

These egg and sperm mature over time,

이 정자와 난자는 시간이 지나며 성숙하고,

which is associated with the sexual maturation of individuals.

이 과정은 각 개인의 성적 성숙과 관련이 있습니다.

Now imagine

그런데 한번 상상해보세요.

if this entire process were to occur outside the body.

이 전체 과정이 몸 바깥에서 일어난다면 어떨까요?

So my team and I have been focusing

저와 저희 연구진은

on duplicating this entire process in a dish,

이 전체 과정을 배양접시에서 재현하는 연구에 몰두해 왔습니다.

known as in vitro gametogenesis.

‘시험관 배우자 형성’이라는 기술이죠.

The key to generating the germ cells in a dish

배양접시에서 생식세포를 생성하는 것의 핵심은

is a type of cells called pluripotent stem cells,

만능 줄기세포라는 특정한 유형의 세포입니다.

because they each have the ability to differentiate

이들은 신체의 모든 종류의 세포로 분화할 능력을 가졌기 때문이죠.

into any cell type in the body.

Martin Evans showed that such a pluripotent stem cell

마틴 에반스는 그 만능 줄기세포를

could be derived from preimplantation embryo in mice,

쥐의 착상 전 배아에서 분리하는 데에 성공했고,

and James Thomson showed it could be done in humans.

제임스 톰슨은 인간 배아에서도 추출 가능하다는 것을 보였습니다.

Based on these breakthroughs,

이 대단한 발견들을 바탕으로 신야 야마나카는

Shinya Yamanaka showed that any kind of cell in the body

신체 내의 모든 종류의 세포들은

could be turned into the pluripotent stem cells

어떤 특정 단백질을 주입하면 만능줄기세포로 바뀐다는 걸 입증했죠.

simply by expressing a specific set of proteins.

These are called induced pluripotent stem cells,

그것을 유도만능줄기세포라고 하며,

and they possess the same potential as those derived from embryos.

이 세포들은 배아에서 추출한 것과 동일한 잠재 능력을 가집니다.

By using these pluripotent stem cells, we can hijack the germline.

이 만능줄기세포를 이용하면 생식세포 계통을 조작할 수 있습니다.

During normal development,

정상적인 세포분열 과정에서는

cells receive a signal that guides their differentiation

세포가 안내 신호에 따라 다른 유형의 세포로 분화합니다.

into the different cell types.

By mimicking the right signals,

이러한 신호들을 흉내냄으로써,

pluripotent stem cells can be directed along the pathway

다능성줄기세포가 난자와 정자로 분화하도록 유도할 수 있습니다.

to differentiate into the egg and sperm.

This has been successfully demonstrated in our laboratory

이는 저희 실험실에서 성공적으로 확인되었습니다.

by using mouse pluripotent stem cells.

쥐의 만능줄기세포를 이용해서

By providing appropriate signals,

여기에 적절한 신호를 줌으로써,

we were able to generate mature eggs

대부분의 만능줄기세포로부터 성숙한 난자를 만들어낼 수 있었습니다.

from most pluripotent stem cells.

Also to achieve this,

또한 이를 위해서

we created a mini ovary from pluripotent stem cells,

저희는 만능줄기세포로부터 작은 자궁도 만들었습니다.

allowing the oocyte to mature outside the body.

난모세포가 몸 밖에서 성숙할 수 있도록 말이죠.

Importantly, eggs produced in a dish are capable of fertilization

중요한 것은, 배양접시에서 만들어진 난자 역시 수정이 가능하고

and giving rise to yet more mice like these.

이러한 쥐들을 더 많이 낳을 수 있다는 사실입니다.

These looks the same as any other mice.

이 쥐들은 다른 쥐와 똑같이 생겼고,

They grow up, they eat the food, they breed and live long.

똑같이 자라고, 먹고, 번식하고, 오래 생존합니다.

But in this case, the genetic mother of these mice

그러나 이 경우에, 이 쥐들의 유전적인 어머니는

is the pluripotent stem cell grown in a dish.

배양접시에서 키운 만능줄기세포입니다.

With this in vitro gametogenesis,

이 ‘시험관 배우자 형성’ 기술은

the process of creating an egg requires only skin cells

난자를 만들어내기 위해서 단순히 피부 세포만 있으면 됩니다.

or other easily collectable cells from the body, even cells in urine.

또는 몸에서 쉽게 얻을 수 있는 다른 세포들만 있으면 되죠.

소변에서 얻은 세포라도요.

So this means actually this kind of technology can be applied

이는 이 기술이 다양한 포유류에 적용 가능하다는 것을 의미합니다.

to the various mammalian species,

including humans, livestock or even endangered animals.

사람, 가축, 심지어 멸종 위기 동물들까지도 말이죠.

Several research groups have successfully produced

다른 몇몇 연구팀들도 원시 생식세포 생산에 성공했고,

the primordial germ cells from pluripotent stem cells

모두가 만능줄기세포를 이용한 경우였습니다.

in all these cases.

Notably, our laboratory is actively involved

특히, 저희 실험실이 적극적으로 참여하고 있는 것은

in the repopulation effort for the northern white rhinoceros.

북부 흰 코뿔소의 개체 수 증가를 위한 노력입니다.

Sadly, there are only two females who remain on this planet.

안타깝게도, 이 지구상에 딱 두 마리의 암컷만 남아있죠.

We have generated the egg precursors

저희는 난자 전구체를 만들기 위해

from the northern white rhinoceros induced pluripotent stem cells,

북부 흰 코뿔소의 유도만능줄기세포를 이용했고,

and are currently creating a mini ovary system

최근에는 이 전구체를 성숙시키기 위한 미니 자궁 시스템을 만들고 있습니다.

to mature these precursors into the eggs.

But we can go further than [that].

그러나 우리는 그보다 더 나아갈 수 있습니다.

By using this technology, we can skip the sex-dependent reproduction.

이 기술을 사용하면 성별에 의존한 생식에서 벗어날 수 있습니다.

Today, germ cells have different shape and different function based on the sex.

생식세포들은 성별에 따라 다른 모양과 기능을 가지고 있습니다.

This difference is genetically made by the sex chromosome.

이러한 차이점은 성염색체에 의해 유전적으로 결정됩니다.

In the human, males have an X and Y chromosome,

인간의 경우, 남성은 X 와 Y 염색체를 가지고 있고

and the females have two X chromosomes.

여성은 두 개의 X 염색체를 가지고 있습니다.

From a genetic viewpoint,

유전적인 관점에서 보면 이것이 남녀 간의 유일한 차이점이죠.

this is the only difference between male and female.

But in a dish, we can eliminate this difference.

그러나 배양접시에서는 이 차이점을 없앨 수 있습니다.

So our laboratory succeeded in the switching from the XY chromosome

저희 실험실에서는 XY 염색체를 X 염색체로 바꾸는 것에 성공했습니다.

to the X chromosome.

How did we do that?

그걸 어떻게 해냈을까요?

Well, we took the skin cells from the male mice,

우리는 수컷 쥐의 피부 세포를 채취해 유도만능줄기세포를 만들었습니다.

and then made induced pluripotent stem cells,

which have X and Y chromosomes, of course.

그 세포들은 당연히 X, Y염색체를 모두 갖고 있죠.

Then we made a lot of these cells.

저희는 이 세포들을 아주 많이 배양했습니다.

In some rare populations,

아주 드물게 일부 개체에서

unequal segregation of sex chromosomes occurs during cell division,

세포 분열 과정에 비대칭적인 성염색체 분리가 일어나

which means some XY chromosomes become one X chromosome

XY 염색체가 아니라 하나의 X 염색체만 갖게 되었고,

that then doubles and becomes two X chromosomes.

이것이 복제되어 두 개의 X 염색체를 갖게 되었습니다.

We picked that very rare population

우리는 X 염색체가 두 개인 극히 드문 일부 개체를 선별해서

of these cells that have two X chromosomes,

and we made an egg.

난자를 만들었습니다.

The egg derived from sex-converted induced pluripotent stem cells

유도만능줄기세포로 만든 성별 전환된 난자는

behaves exactly [like an] egg from traditional females.

평범한 암컷 쥐에서 얻은 난자와 정확히 똑같이 작동합니다.

We then fertilized the sex-converted egg

이후 저희는 이 성전환 난자를 정자와 수정시켰고

with the sperm,

and this gave rise to typical healthy mice like these.

이렇게 전형적이고 건강한 쥐들을 낳았습니다.

They grow up, they eat the food, they mate and live long,

그들은 성장하고, 먹고, 짝짓기를 하고, 오래 삽니다.

just like conventionally bred mice.

전통적으로 길러진 쥐들처럼요.

The only difference is these are derived from two dads.

유일한 차이점은 이 쥐들은 두 명의 아버지로부터 나왔다는 거죠.

Looking at the history of reproductive technology like this,

이러한 생식 기술의 역사를 보세요.

technologies developed in experimental animals like this

이렇게 실험 동물에게서 발전된 기술들은

can eventually be applied to the human and other animals.

결국 인간과 다른 동물에도 적용될 수 있습니다.

Today, the production of egg in a dish, even from traditional male cells,

오늘날 배양접시에서 난자를 만들어내는 기술,

심지어 평범한 수컷 세포로부터 난자를 만들어내는 기술은

open a new possibility for reproduction in the future.

미래의 생식 및 번식에 새로운 가능성을 열어줍니다.

We can create germ cells in a dish,

우리는 배양접시에서 생식 세포를 만들어낼 수 있고,

and they can come from two fathers, two mothers

그 생식 세포들은 두 명의 아버지나 두 명의 어머니,

or perhaps other combinations.

혹은 다른 조합으로도 만들 수 있습니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)