생물학자 톰슨이 알려주는 줄기세포란?

줄기세포를 최초로 발견한 미국 위스콘신 대학의 제임스 톰슨 교수는 어떻게 줄기세포를 발견하게 되었을까요?

 

 

 

 

먼저 세포란 무엇일까요?

세포에 대한 이야기를 먼저 하려고 합니다. 줄기세포에 대해 알아보려면 일단 세포가 무엇인지 알아야하니까요.

벽돌집을 만들기 위해서는 수많은 벽돌이 필요합니다. 이 벽돌이 차곡차곡 쌓여 벽돌집을 이룹니다. 식물이나 동물의 경우도 벽돌집과 마찬가지로 세포라는 작은 단위들로 구성되어 있습니다. 그렇다면 한 생물의 몸을 구성하는 세포의 모양과 크기는 같을까요? 다를까요?

우리 몸을 구성하고 있는 세포의 종류는 심장세포, 간세포, 피부세포, 적혈구, 백혈구 등 몸을 이루는 부분에 따라 오른쪽 그림과 같이 다양하게 생겼습니다. 또한 크기도 눈으로 볼 수 있는 것부터 전자현미경으로 봐야만 볼 수 있는 것까지 다양합니다. 한 생물의 몸을 구성하는 세포의 모양과 크기는 구성하는 부위에 따라 각각 다릅니다. 

 

 

마이크로미터와 나노미터

눈으로 볼 수 있는 세포가 있습니다. 예를 들어 사람의 신경세포는 길이가 1m 정도로 길쭉합니다. 하지만 우리 눈으로 몸속에 있는 신경세포를 볼 수는 없으니 다른 예를 들어보겠습니다. 반찬으로 많이 먹는 달걀도 하나의 세포입니다. 달걀은 눈으로 볼 수 있는 세포의 예가 됩니다. 물론 대부분의 세포는 눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 작습니다. 예를 들어 사람의 난자는 지름이 130~150㎛, 백혈구는 지름이 8~10㎛ 정도 입니다.

㎛라는 단위는 '마이크로미터'라고 읽습니다. 1㎛은 0.001㎜입니다. 따라서 난자와 백혈구의 크기를 ㎜로 바꿔보면

 

난자 = 0.13~0.15㎜

백혈구 = 0.008~0.01㎜

 

난자는 아주 눈이 좋은 사람은 눈으로 구별할 수도 있는 크기지만, 백혈구나 정자 같은 세포는 우리 눈으로는 볼 수 없고 광학현미경을 통해서만 볼 수 있습니다. 광학현미경은 관찰하려는 물체에 빛을 쪼여 렌즈를 통해 물체를 확대해서 크게 볼 수 있는 원리를 이용해 만들어진 것입니다.

 

생물의 몸을 구성하고 있는 것이 세포라고 했는데, 그러면 세포 속의 모습은 어떨까요? 세포의 종류에 따라 모양과 크기가 다르듯이 세포 속의 모습도 다를까요? 백혈구나 정자 같은 세포들은 광학현미경을 통해서만 모습을 볼 수 있다고 했습니다. 그렇다면 세포 속에 들어 있는 무엇인가를 관찰하기 위해서는 광학현미경보다 더 정밀하게 볼 수 있는 기계가 필요합니다. 

 

세포 속의 모습을 관찰하기 위해서는 전자현미경이 필요합니다. 전자현미경은 광학현미경과는 달리 빛 대신 전자선을 쪼여 물체를 관찰하는 것으로 0.2㎚ 크기의 물체를 볼 수 있습니다. ㎚는 '나노미터'라고 읽습니다. 1㎚는 0.001㎛입니다.

따라서 전자현미경으로는 볼 수 있는 물체의 크기를 ㎜로 바꾸어 보면, 0.2 X 0.001 X 0.001 = 0.0000002㎜로 아주 크기의 물체를 관찰할 수 있습니다.

 

혈관 안을 본다면 빨간색 도넛 모양의 물체가 둥둥 떠다니는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 적혈구인데 적혈구는 우리 몸에서 산소와 영양분을 각 세포들에게 전달해 주고, 세포에서 나오는 이산화탄소와 노폐물을 걷어 오는 역할을 합니다. 백혈구는 적혈구보다 크기가 크며 일정한 모양이 없습니다. 백혈구는 우리 몸에 들어온 세균을 잡아먹는 일을 합니다.

 

 

백혈구

백혈구에 대해 좀더 알아보자면 백혈구를 둘러싸고 있는 것은 세포막입니다. 세포막은 세포의 모양을 유지시켜 주며, 세포막에는 작은 통로가 있어 여러 가지 물질 출입을 조절해 줍니다. 또 위험으로부터 세포를 지켜 주는 역할도 합니다. 세포막 안으로 들어가면 동그란 공 모양의 덩어리가 있는데 이것은 핵입니다. 핵 역시 핵막으로 둘러싸여 있어서 보호받고 있는데 핵막을 자세히 들여다보면 작은 구명들이 나 있어서 이 구멍을 통해 여러 가지 물질들이 드나듭니다. 핵 안에는 세포의 모든 활동을 조절하는 중요한 유전 물질이 들어 있습니다.

 

세포에서 핵을 제외하는 부분을 '세포질'이라고 하는데 여기에는 여러 가지 기능을 하는 다른 세포 기관들이 들어 있습니다. 세포질 안에 들어 있는 세포 기관 중 소시지 모양으로 생긴 것은 '미토콘드리아'라고 하며 생물이 살아가는 데 필요한 에너지를 만들어 내는 역할을 하며 세포 한 개 속에 많은 수의 미토콘드리아가 들어 있습니다. 

 

생물의 몸은 세포로 구성되어 있다고 했는데 그렇다면 생물의 몸을 단순하게 세포 덩어리의 모임이라고 할 수 있을까요? 세포들 중에서 모양이나 하는 일이 비슷한 세포들이 모여 '조직'을 이룹니다. 또 이런 비슷한 일을 하는 조직끼리 모여 '기관'을 이룹니다. 위, 심장, 신장, 허파 등이 바로 기관에 속합니다. 그리고 서로 비슷한 일을 하는 기관들이 모여 '기관계'를 이룹니다. 이러한 기관계들이 모여 '개체'를 이루게 됩니다.

예를 들어 세포들이 모여 위벽을 이루는 조직이 되고, 위를 이루는 여러 가지 조직이 모여 위라는 기관이 됩니다. 위를 소화를 담당하는 기관인데 소화를 담당하는 다른 기관인 간, 십이지장, 소장, 쓸개, 이자 등이 모여 소화기관계를 이룹니다. 배설계, 호흡계, 순환계 같은 여러 가지 기관계들이 모여 하나의 사람을 이룹니다. 이처럼 생물은 세포로부터 조직, 기관, 기관계를 거쳐 체계화된 개체를 이루어 생명을 얻고 살아가는 데 필요한 여러 가지 일을 할 수 있습니다. 

 

 

줄기세포란 무엇일까요?

우리 몸을 이루고 있는 세포의 종류는 몇 가지나 될까요? 우리몸은 약 210여 가지의 세포들로 구성되어 있습니다. 그런데 세포는 한 번 만들어지면 영원히 살 수 있을까요? 모든 생물들이 일정한 수명을 가지고 있는 것처럼 세포도 나이를 먹으면 죽게 됩니다. 물론 세포의 수명은 종류에 따라 달라집니다. 예를 들어 적혈구는 120일 정도 살 수 있고, 백혈구는 10일 정도 살 수 있습니다.

세포의 수명이 정해져 있다면 죽은 세포들의 수만큼 새로 만들어지는 세포가 있어야합니다. 그렇지 않다면 언젠가는 우리 몸의 세포가 모두 없어질 것입니다. 만약 넘어져서 무릎이 까지면 까진 부분은 피부세포가 없어진 상태입니다. 하지만 다시 새 살이 돋는 것이 바로 새로운 피부세포가 생기는 과정입니다. 새로운 피부세포를 만들 수 있는 것은 피부에 피부세포를 만드는 공장인 '줄기세포'가 있기 때문입니다.

줄기세포는 우리 몸을 구성하는 모든 세포들을 만들 수 있는 세포를 말합니다.

 

 

성체줄기세포

피부세포 중에 중에서도 자신과 똑같은 세포를 만들어 낼 수 있는 자체가 재생능력을 가진 세포만이 피부줄기세포입니다. 줄기세포는 우리 몸의 모든 부분에 존재하는 것이 아니라 특정한 조직에만 있습니다. 이렇게 성인의 몸에 존재하는 줄기세포를 '성체줄기세포'라고 합니다.

1961년에 틸과 맥클로흐라는 학자가 실험용 쥐를 대상으로 연구를 하여 성체줄기세포를 발견했습니다. 성체줄기세포는 지금 현재 병을 치료하는 데 사용하고 있습니다. '백혈병'은 우리 몸에 들어온 세균을 물리치는 역할을 하는 백혈구가 만들어지지 않고, 불량 백혈구가 많이 만들어지는 병입니다. 이런 경우 우리 몸에 세균을 물리치지 못해서 병에 걸리게 됩니다. 백혈병을 치료하기 위해서는 불량 백혈구를 없애고, 정상 백혈구를 넣어 주어야 하는데, 계속해서 넣어주는 것보다 근본적으로 백혈구를 만들어 내는 곳을 치료합니다.

백혈구가 만들어지는 장소는 뼈 속에 있는 골수입니다. 골수에 있는 골수줄기세포가 계속해서 백혈구를 만들어냅니다. 그래서 백혈병에 걸린 환자들은 별을 치료하기 위해 골수이식을 받습니다.