세포는 ‘생체전기’를 이용해 협력하고 집단 결정을 내린다
(quantamagazine.org)- 상피조직 세포들이 전기 신호를 통해 비정상 세포를 배출하는 과정이 밝혀짐
- 세포막 전위의 변화가 세포 축출(extrusion) 의 시작점으로 작용하며, 약하거나 에너지가 부족한 세포를 식별
- 건강한 세포는 전위 불균형을 복구하지만, 손상된 세포는 이를 유지하지 못해 수축 후 조직 밖으로 밀려남
- 이러한 생체전기 흐름은 조직의 건강 유지와 성장 조절에 핵심 역할을 수행
- 연구자들은 생체전기가 신경계 외의 생명조직 전반에서 정보 교환의 기본 메커니즘임을 강조
생체전기와 세포 간 의사소통
- 최근 연구는 상피조직이 전기 신호를 이용해 비정상 세포를 배출함을 확인
- 이 과정은 조직의 건강을 유지하고 암이나 천식 같은 질환을 예방하는 데 중요
- 전기 흐름이 세포의 ‘건강 점검’ 역할을 수행
- 세포가 밀집될수록 세포막을 통한 전류가 증가하며, 약한 세포는 전위 유지에 실패
- 이때 세포 내 수분이 빠져나가며 세포가 수축하고, 이후 조직에서 제거됨
- 연구자 GuangJun Zhang은 이 발견이 생체전기 신호가 세포 수준 의사결정에 핵심적임을 보여주는 사례라고 평가
생체전기의 기초 원리
- 모든 세포는 막 전위(membrane potential) 를 유지하기 위해 에너지를 소비
- 이는 세포막 양쪽의 이온 농도 차이로 생기는 전위차로, 전기적 에너지 저장 형태
- 이온 통로와 펌프를 통해 세포는 전하 이동을 조절하며, 이를 통해 전기적 신호를 생성
- 신경세포는 이 전위를 이용해 전달물질 방출과 전위 스파이크를 일으켜 정보를 전달
- 근육 수축과 심장 박동도 이러한 전기 신호로 시작됨
상피세포의 전기적 축출 메커니즘
- 상피조직은 세포막 전위를 유지하는 데 에너지의 약 25% 를 사용
- Jody Rosenblatt 연구팀은 세포 과밀 시 일부 세포가 수축 후 조직 밖으로 밀려나는 현상을 관찰
- 전위 변화가 축출의 시작점이며, 전압 개폐 칼륨 통로가 핵심 역할
- 건강한 세포는 전위 복구를 위해 펌프를 작동시키지만, 손상된 세포는 이를 유지하지 못해 수축 후 배출
- 세포 간 압박이 전위 변화를 유도하고, 이로 인해 세포 간 ‘약한 고리’를 식별
생체전기의 진화적 보편성
- Gürol Süel 연구에 따르면, 세균 집락(biofilm) 도 전기 신호로 협력과 자원 분배를 조정
- 전위 변화는 세포 상태를 즉각적으로 반영하며, 빠른 정보 통합 수단으로 작용
- 생체전기는 진화 전반에 걸쳐 반복적으로 등장한 조정 메커니즘으로 확인됨
- 신경세포, 상피세포, 식물의 촉각 반응 등 다양한 생명체에서 공통적으로 활용
- Zhang, Levin, Barriga 등의 연구는 전기 신호가 발생학적 성장 방향과 형태 형성에도 관여함을 보여줌
생체전기 연구의 확장 가능성
- 암세포는 정상세포와 막 전위가 다르며, 전기적 조정 실패가 종양 형성과 연관될 수 있음
- 생체전기는 ATP 합성 등 모든 세포 에너지 시스템의 근간으로 작용
- 초기 생명 기원 가설 중 일부는 심해 열수구의 전기 흐름을 생명의 출발점으로 제시
- 연구자들은 아직 생체전기의 절반도 밝혀지지 않았다며, 향후 생명과학의 주요 탐구 영역으로 주목함
Hacker News 의견들
- Michael Levin의 인터뷰가 정말 흥미로웠음. 1:19:11부터 보면, 그가 수년간 진행한 생체전기 연구(bioelectricity) 회고와 개구리 배아에서 눈을 만들어낸 실험 등 놀라운 사례들을 볼 수 있음
인터뷰 영상 보기- Levin의 회고 부분이 특히 인상적이었음. 그의 연구는 유전자 중심적 발달관을 뒤흔들고 있음. 전기적 패턴이 유전적 지시를 무시하고 눈 조직이 아닌 곳에서 눈을 형성하게 하는 실험은, 우리가 이제 막 이해하기 시작한 형태발생 정보의 또 다른 층위를 보여줌
- 영상에서 그의 연구실 초기 이야기도 나옴. 생체전기로 눈을 ‘모델링’한 발견은 정말 미친 듯한 혁신이었음. 이 주제로 대화할 사람을 찾고 있어서 Discord 서버를 만들었음
참여 링크 - 참고로, 앞부분의 생물학 이야기도 꼭 들어야 함. 그게 있어야 이후 내용의 의미를 제대로 이해할 수 있음
- Michael Levin의 연구를 읽은 이후로, 나는 뉴런 외부에서도 생체전기 활동이 매우 중요하다고 확신하게 되었음. 이번 사례는 단순하지만 흥미로움. 세포들이 서로를 밀어내며 가장 약한 세포를 찾아내는 과정이 마치 공동체 내의 협력과 배제 메커니즘처럼 느껴짐
- 2023년 연구에서는 외부 전류를 이용해 상처 치유 속도를 높였다고 함. 특히 당뇨병성 상처처럼 잘 낫지 않는 경우에 효과가 있었음
연구 링크 - Quanta Magazine의 기사 표현이 다소 과장되어 있다고 생각함. 실제 연구는 세포가 밀집될 때 막의 전위가 변하고, 에너지가 부족한 세포가 수축하면서 이웃에게 신호를 보내 스스로 배출되는 과정임. 즉, 세포 간의 ‘집단 의사결정’이 아니라 개별 세포 수준의 물리·화학 반응임
- 그렇다면 화학물질이 편모(flagellum)의 방향을 바꾸게 하는 건 ‘결정’이라 할 수 있을까? 결국 ‘결정’의 정의 문제임. 유사한 조정 메커니즘은 세포 분열(유사분열)에서도 보임
- 맞는 설명임
- Robert O. Becker의 『The Body Electric』(1985)에서도 이런 주제를 다뤘음. 최근 연구가 그 흐름을 이어가는 것 같아 반가움
- 세포 단위에서도 전기는 핵심임. 대부분의 생체분자는 도체와 절연체의 경계에 있으며, 결합이나 pH 변화에 따라 상태가 바뀜. 세포 집단의 전기적 상호작용은 그보다 한 단계 높은 추상화임
관련 글 - 혹시 이런 연구가 비이온화 방사선에 민감하다고 느끼는 사람들의 현상과 관련 있을까?
- 내 지인은 오랫동안 전자기파가 문제라고 생각했지만, 결국 혈색소증(hemochromatosis) 이라는 유전 질환으로 밝혀졌음. 정기적인 헌혈로 해결됨
- 나는 실제로 전자기장에 민감한 사람임. 전자파가 불면, 악몽, 기분장애 악화를 유발함. 전압 개폐 이온 채널이 기분장애와 관련 있고, 이것이 EMF에 반응하는 경로일 수 있음
관련 논문 - 결국 에너지를 투사하는 것이니 당연히 화학적 균형에 영향을 줄 수 있음. 온도 상승처럼 단순한 효과일 수도 있음
- 세포가 막 전위를 유지하는 데 에너지의 25% 를 쓴다는 점이 놀라웠음
- 일반인 입장에서 보면, 뉴런이 아닌 곳에서도 장거리 효과가 나타나는 사례가 흥미로움. 최근 Quanta의 astrocyte 관련 기사도 비슷한 맥락임
기사 링크 - 오래전부터 일부 반사작용은 의식적 결정 없이 일어난다는 게 알려져 있었음. 뜨거운 것에 닿았을 때 손을 빼는 반응처럼 말임. 이런 반응도 전기적 신호를 쓰는데, 그렇다면 이번 연구의 새로운 점은 무엇인지 궁금함
- 그건 근육을 움직이는 전기적 자극이 아니라, 세포 건강 상태를 신호로 전달해 노화되거나 병든 세포를 조직에서 배출하는 메커니즘에 관한 이야기임
- 그건 Withdrawal reflex라고 함. ‘결정’은 척수 수준에서 이루어짐. 뇌는 거대한 척수의 확장판이라고 보면 됨. Ganglion도 참고할 만함