KAIST 수리과학과 김재경 교수 연구팀이 수학 모델로 세포 간 이질성을 유발하는 원인을 밝혀냈다.
항생제와 같은 동일한 외부 자극에도 개별 세포마다 반응하는 정도가 다른 이유를 밝힌 이번 연구결과는 향후 항암 치료 효과 개선에 기여할 것으로 기대된다.
21일 KAIST에 따르면 우리 몸속에 있는 세포는 항생제, 삼투압 변화 등 다양한 외부 자극에 반응하는 신호 전달 체계를 갖고 있다.
이러한 신호 전달 체계는 세포가 외부 환경과 상호 작용하는 데에 가장 핵심적인 역할을 한다.
동일한 외부 자극을 세포들에 가했을 때 반응하는 정도가 다르기 때문에 약물에 대한 이질적인 반응과 약물 내성이 강한 존속성 세균(persister cell)이 발생한다.
이같은 현상을 유발하는 세포 간 이질성의 원인을 찾기 위해 많은 시도가 있었다.
특히 신호 전달 체계를 이루는 많은 중간 과정들이 영향을 미친다는 것이 제안됐다.
하지만 실험적으로 모든 중간 과정을 직접 관측하는 것이 현재 기술로는 불가능하기에 난제로 남아 있었다.
이에 연구팀은 이 난제 해결을 위해 세포 내 신호 전달 체계를 묘사하는 큐잉 모형(Queueing model)을 개발했다.
개발된 큐잉 모형을 바탕으로 통계적인 추정 방법론인 베이지안 모형(Bayesian model)과 혼합 효과 모형(Mixed-effects model)을 결합해 신호 체계의 중간 과정에 대한 관측 없이도 신호 체계를 분석할 수 있는 컴퓨터 소프트웨어를 개발했다.
연구팀은 이를 이용해 외부 자극에 반응하는 세포 간 이질성이 신호 전달 체계를 구성하는 속도 제한 단계의 수에 비례한다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 실제 대장균(E. coli)의 항생제 반응 실험 데이터를 이용해 이론적 결과를 검증했다.
김재경 교수는 “항암 치료 시 중요하게 고려되는 세포 간 이질성에 대한 이해를 수리 모델을 통해서 높인 연구”라며 “이번 성과를 통해 항암 치료 개선 방안이 개발되기를 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난 18일 온라인판에 게재됐다.
