금회는 KISTEP 이재민 연구위원, KIST 송대근 선임연구원, 강경수 책임연구원, 메디맵바이오 장은혁 상무께서 작성한 “우주바이오”를 전송드립니다.

우주바이오 연구는 우주탐사가 실현되면서 우주비행사의 건강문제와 생물학적 영향에 초점을 두었으며, 2000년대에는 미세중력과 우주방사선이 인간에 미치는 영향뿐만 아니라 미생물성장, 식물생장, 동물발달 등

다양한 생명과학 실험이 진행되어 우주환경이 생명체에 미치는 영향에 대한 이해로 확장되었고, 최근에는 유전자 편집, 암세포 연구, 단백질 결정화 등 다양한 생명과학 연구로 진화하고 있습니다. 

궁극적으로는 질병치료, 제약, 식물생산성 향상 등 다양한 의약학 및 생명과학 분야에 대한 새로운 인사이트를 제공하게 될 것입니다.

이 보고서는 우주바이오 분야 가운데 미세중력(microgravity)과 우주방사선(cosmic radiation) 환경에서 인체를 대신한 모델생물의 활용, 우주환경의 이점을 활용한 적용 분야인 우주의학, 우주환경 연구플랫폼이나 

이를 모사한 우주바이오 연구 시설･장비에 대해 기술하고있습니다.

모델생물(Model Organisms) 기반 우주바이오 연구를 요약하면 다음과 같습니다.

① 미생물 모델 연구

▶미생물을 활용해 높은 우주방사선량 및 미세중력에 의한 면역력 저하와 미생물에 의한 감염 등의 연구가 수행 중이며, 우주미생물학이라는 용어가 도입되고 있음 

▶이차대사산물 생산: 미세중력 환경에서 배양한 미생물로부터 상업적 가치가 높은 이차대사산물을 고효율로 생산하거나 새로운 이차대사산물을 발견하기 위한 연구들이 진행되고 있으며, 우주환경에서 의약품 제조 

측면에서 잠재적 응용 가능성이 매우 높음

▶미생물 감염성 및 병원성 연구: 우주환경에서 미생물의 병원성이 강해지는 특성을 활용해 병원성에 영향을 미치는 단백질의 조절 기전을 밝히고 병원균에 의한 감염 위험성을 낮추는 연구가 추진 중임

▶바이오필름: 항생제 저항성 균주들은 우주의 극한환경에 적응하기 위해 바이오필름을 형성하는데 이러한 균주는 면역력이 저하된 우주비행사의 건강에 심각한 위협요인이기 때문에, 억제기전을 밝혀 우주비행사의 

감염병 발생위험을 줄이는 연구가 진행되고 있음

▶국내

 - 한림대 연구진은 ISS( International Space Station) 외부에서 구현한 화성 모사환경에서 콤부차공생미생물의 메타유전체를 분석함으로써 화성환경에서의 적응기전을 밝히는 연구를 수행 중임

 - 울산과기대 연구진은 미세중력 모사 환경에서 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)의 세포막 파괴 항생제에 대한 민감성 증가를 확인함

② 식물 모델 연구

▶식물을 모델생물로 활용한 연구는 우주환경에서 식량생산 및 산소생성과 관련된 연구로써 우주비행사의 생명유지에 필수분야이며, 우주식물학 또는 우주농업을 포함함

▶다양한 식물재배 시스템이나 수확 장치와 같은 농업공학 분야와 접목하여 우주환경이 식물에 미치는 생물학적 영향뿐만 아니라 식물과 미생물의 상호작용 등의 연구가 진행 중임

▶크기가 작은 식물모델인 애기장대(Arabidopsis)를 활용한 분자유전학 연구와 오믹스 분석들이 다수 수행되었으며, 이외에도 다양한 작물을 이용한 우주바이오 실험이 진행 중임

 - 국외 연구 사례: (미국)애기장대/백일호/상추, (중국)애기장대/순무/감초/벼, (일본)완두콩/옥수수

③ 동물 모델 연구

▶우주환경에 노출된 생명체의 다양한 반응, 특히, 근육조직, 뇌신경계, 생식 및 발달에 미치는 영향을 연구하는데 동물모델을 활용함

▶예쁜꼬마선충: 사람 유전자의 40% 이상이 보존된 간단한 형태의 모델동물로서, 성충의 크기가 1 mm 정도로 매우 작고 세대가 짧아 생체변화의 관찰에 용이하며, 발생, 세포사멸, 근위축, 노화에 미치는 우주환경의 

영향을 평가하는데 적합함

▶초파리: 우주로 쏘아 올려진 최초의 동물모델이며 우주환경 노출에 의한 신경행동, 노화, 면역, 심혈관, 발달 변화의 관찰에 이용되고 있음

▶어류: 어류(제브라피쉬/메다카 등)는 배양을 위한 수조 등 특수한 서식환경 조성이 필요해 주로 지상의 미세중력 모사 환경에서 연구되며, 일본 연구진은 ISS에서 메다카의 장기간 우주환경 노출 실험을 진행하고 있음

▶설치류: 포유동물로서 의약학 및 생명과학 연구에 중요하게 활용되고 있는 설치류는 1950년대 처음 우주바이오 실험에 활용되었으며 이후 다양한 연구프로그램에서 활용 중임

 - 설치류 모델을 활용한 우주바이오 국외 연구 사례: (미국)골다공증/골밀도/뇌 유전자 발현/뇌 단백질 발현/장내마이크로바이옴, (일본)간손상, (중국)골다공증

매우 흥미롭습니다

** 우주 바이오 :  파일 자료가 용량이 커서 본란에 첨부되지 않습니다.

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                                                               게시자 : 식품기술사  김 필 주