환경부 소속 국립생물자원관은 2019년부터 3년간 최정규 영남대 교수진과 공동연구를 통해 자생 송사리와 포유류의 우수 정자를 신속하게 선별할 수 있는 기술을 최근 개발했다고 밝혔다.

이번에 개발된 우수 정자 선별 기술은 자생 송사리의 생식세포(알과 정자) 수정 현상을 관찰한 결과, 운동능력이 가장 우수한 하나의 정자가 알의 생체통로를 이동해 수정된다는 것에 착안하여 개발됐다.

▲ 실험에 사용된 자생 송사리의 성체 사진. (위) 수컷, (아래) 암컷. 수컷의 뒷지느러미는 암컷에 비해 상대적으로 긴 특징이 있다. 산란기에 접어들면 수컷의 뒷지느러미에 분포한 까만 반점은 점차 진해진다.(기준자 길이 : 1cm)

연구진은 송사리의 정자가 침투하는 알의 생체통로를 모방해 직선형 미세유체칩을 제작했고, 미세유체칩에 염류완충액을 채운 후 송사리의 정자를 통과시켰다.

연구결과, 미세유체칩을 통과한 송사리의 정자는 일반 정자에 비해 유전자 안정성이 약 3.1배 우수했고, 수정률도 약 2.6배 높은 것으로 확인됐다.

연구진은 송사리에서 확보된 기술을 활용하여 포유류의 생식환경과 유사한 곡선형 미세유체칩을 제작하여 수용성 고분자물질을 채운 뒤 실험동물 및 사람의 정자를 통과시켰다.

▲ 자생 송사리 알 내부의 생체통로를 모방한 미세유체칩 모식도

미세유체칩을 통과한 실험동물의 정자는 일반 정자에 비해 유전자와 형태적 안정성 모두 뛰어난 것으로 나타났다. 사람의 정자는 일반 정자에 비해 운동성이 약 2.5배, 형태적 안전성은 2.1배가량 높은 것으로 확인됐다.

이번에 개발된 기술은 정자의 운동 생리를 이용한 방법으로 물리화학적으로 사람의 정자를 선별하는 기존 방법에 비해 우수 정자 선별효율이 약 51% 뛰어나고 선별 시간도 1시간가량 단축됐다.

국립생물자원관 연구진은 이번 연구 개발 결과를 올해 9월 국제학술지 바이오메디신지(Biomedicines)에 투고했으며 특허출원도 앞두고 있다.

이번 연구는 자생생물의 자연현상을 상세히 관찰하고 생체모방기술을 적용하여 생물산업에 활용 가치가 높은 생식세포 선별기법 개발에 성공했다는 의미가 있다.

최종원 국립생물자원관 생물자원활용부장은 “이번에 개발된 우수 정자 선별 기술을 멸종위기종 복원 등에도 활용할 수 있도록 기술이전을 계획하고 있다”라고 밝혔다.