양봉 꿀벌은 사람의 호흡에서 폐암 냄새를 맡을 수 있습니다.
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꿀벌은 사람의 호흡에서 폐암 냄새를 맡을 수 있습니다.
미시간 주립대(MSU) 연구진의 새로운 연구에 따르면 꿀벌이 사람의 호흡에서 폐암 바이오마커를 감지할 수 있다고 합니다. 또한 꿀벌은 세포 배양 냄새만으로 건강한 세포와 폐암 세포를 구별할 수 있습니다.
꿀벌의 클로즈업 사진. 이미지 크레딧: 에릭 카리츠 / 펙셀
꿀벌은 인간과 달리 코가 없습니다. 꿀벌은 척추동물의 코와 비슷한 기능을 하는 더듬이로 냄새를 맡습니다. 공기 중의 분자는 더듬이의 작은 구멍으로 들어가 후각 뉴런의 수용체와 상호 작용합니다. 이 뉴런은 매우 작은 농도와 다양한 분자에 민감합니다.
"꿀벌이 어떤 냄새를 맡으면 더듬이엽 내의 뉴런이 반응하기 시작합니다. 이러한 반응을 스파이크라고 하는 전기적 패턴으로 볼 수 있는데, 이는 기본적으로 뉴런이 서로 통신하는 방식입니다."라고 이 연구의 제1저자이자 MSU의 박사 과정 학생인 마이클 파르나스(Michael Parnas)는 ZME 사이언스와의 인터뷰에서 설명합니다.
스파이크의 패턴은 꿀벌이 어떤 냄새를 맡느냐에 따라 달라집니다. 예를 들어, 꿀벌이 폐암 세포의 냄새를 맡으면 건강한 세포의 냄새를 맡을 때와는 다른 스파이크를 형성하는 뉴런이 형성됩니다.
꿀벌은 암의 미세한 징후를 냄새로 알아챌 수 있습니다.
연구진에 따르면 인체 세포는 정상적인 기능의 일부로 다양한 자극에 반응하여 다양한 분자를 방출합니다. 이러한 분자는 대사 과정, 신호 전달, 의사소통 등 다양한 용도로 사용됩니다.
3D 프린팅 하네스를 입은 꿀벌. 이미지 크레딧: 사하 연구소
암세포의 신진대사와 미세 환경은 정상 세포와 다르기 때문에 암세포가 방출하는 분자도 뚜렷한 냄새를 풍깁니다. 연구진은 꿀벌이 이 차이를 감지할 수 있는지 알아보기 위해 일련의 실험을 수행했습니다.
연구진은 살아있는 꿀벌을 3D 프린팅으로 제작한 작은 하네스에 고정시켜 더듬이엽만 외부 환경에 노출되도록 했습니다. 그 다음 연구진은 곤충의 뇌에 작은 전극을 부착하여 뉴런의 활동을 실시간으로 기록했습니다. 그런 다음 더듬이 위로 다양한 공기 혼합물을 흘려보냈습니다.
먼저 건강한 사람의 호흡을 모방한 합성 호흡 혼합물을 꿀벌에게 주입했습니다. 다음 단계에서는 폐암 환자의 호흡과 같은 냄새가 나는 합성 혼합물에 꿀벌을 노출시켰습니다. 두 경우 모두에서 꿀벌의 뉴런이 어떻게 반응하는지 연구한 결과, 몇 가지 차이점을 발견했습니다.
예를 들어, 폐암 호흡 혼합물에는 폐암과 관련된 9가지 바이오마커(데칸, 트리클로로에틸렌, 언데칸 등)가 있었습니다. 뇌 활동(스파이크)은 더듬이와 관련된 뉴런이 9가지 폐암 바이오마커에 모두 반응하는 것으로 나타났습니다. 꿀벌은 이 모든 화학물질을 감지한 것으로 보입니다.
건강한 호흡 혼합물의 경우에는 이러한 스파이크가 관찰되지 않았습니다.
또한 "꿀벌은 실제 호흡에서 발견되는 농도와 유사한 매우 낮은 농도(10억분의 1에서 1조분의 1)에서도 개별 바이오마커를 감지할 수 있었습니다. 현재 건강한 사람과 폐암 환자의 호흡을 이런 식으로 구분할 수 있는 의료 기술은 없습니다."라고 파르나스는 말합니다.
세포 배양에서 폐암 냄새 맡기
연구 저자들은 꿀벌이 세포 배양에서 폐암을 감지할 수 있는지 확인하기 위해 또 다른 실험을 수행했습니다. 그들은 곤충을 건강한 세포와 다양한 유형의 폐암을 가진 다른 세포 배양에 노출 시켰습니다.
놀랍게도 꿀벌의 신경 세포 활동은 꿀벌이 암세포와 건강한 세포뿐만 아니라 다양한 유형의 암세포를 구별할 수 있음을 보여주었습니다. 예를 들어, 뉴런은 소세포 폐암(SCLC)과 비소세포 폐암(NSCLC) 샘플에 대해 다르게 반응했습니다.
"마지막 실험에서 우리는 꿀벌이 폐암 세포를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 다른 폐암 세포주 사이에서도 구별할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 폐암의 종류에 따라 다른 치료법이 필요하기 때문에 진단적 관점에서 중요합니다."라고 파르나스는 ZME 사이언스와의 인터뷰에서 말했습니다.
이러한 결과에 고무된 연구진은 이제 실제 호흡에서 폐암을 감지할 수 있는 연구를 진행할 계획입니다. 언젠가는 꿀벌의 두뇌를 기반으로 한 장치가 사람의 숨 냄새만으로 폐암 여부를 알 수 있을 것이라고 믿습니다. 이러한 장치가 개발되면 폐암 진단이 그 어느 때보다 더 쉽고 접근하기 쉬워질 것입니다.
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