식물줄기세포

Plant stem cell
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루트 팁(10X) 1) 메리스템; 2)콜루멜 3)팁의 횡방향 부분; 4)죽은 세포; 5)엘리테이션 구역

식물줄기세포

식물줄기세포는 선천적으로 분화되지 않은 세포로 식물의 메리스템에 위치한다.[1]식물줄기세포는 식물에서 분화된 조직과 장기를 형성하기 위한 전구세포를 꾸준히 공급하면서 자신을 유지시켜 주기 때문에 식물 생명력의 기원으로 작용한다.[2][failed verification]줄기세포의 두 가지 뚜렷한 영역이 인식된다. 즉, 아피셜 메리스템과 측면 메리스템이다.null

식물줄기세포는 모든 분화된 세포형을 만드는 능력과 줄기 세포의 수가 유지되도록 스스로 재생하는 능력이라는 두 가지 독특한 성질이 특징이다.[3]식물줄기세포는 결코 노화과정을 거치지 않지만 신선하게 새로운 전문적이고 비전문화된 세포를 만들어 내고, 그것들은 체내의 어떤 장기, 조직, 세포로도 자랄 수 있는 잠재력을 가지고 있다.[2][failed verification]따라서 그것들은 평생 동안 식물의 성장과 새로운 장기의 생산을 촉진하는 재생력을 갖춘 전지전능하다.[1][failed verification]null

동물과 달리 식물은 움직이지 않는다.식물은 움직임을 취함으로써 위험으로부터 벗어날 수 없기 때문에, 다양하고 때로는 예상치 못한 환경적 스트레스를 견뎌낼 수 있는 특별한 메커니즘이 필요하다.여기서 그들이 가혹한 외부의 영향을 견디고 생명을 보존할 수 있도록 하는 것은 줄기세포다.실제로 식물은 미국 캘리포니아주 브리스틀콘파인스(4842세)와 미국 캘리포니아주 산악지대의 자이언트 세쿼이아(높이 87m, 무게 2000t) 등 지구상에서 가장 오래되고 가장 큰 생물체로 구성돼 있다.[4]이는 이들이 새로운 구조물과 잎이나 꽃 등 장기의 지속적이고 반복적인 형성을 개시해 실질적인 피해를 면할 수 있는 모듈형 차체 계획을 갖고 있기 때문에 가능한 일이다.[1]null

식물줄기세포는 또한, 뿌리 아피질 메리스템(RAM), 촬영 아피질 메리스템(SAM), 혈관 시스템(((pro)캠비움 또는 혈관 메리스템)에 위치하는 메리테마틱 조직이라는 특화된 구조물에 위치하는 것이 특징이다.[5]null

연구개발

전통적으로 식물줄기세포는 SAM과 RAM에만 존재하는 것으로 생각되었고 이러한 가정을 바탕으로 연구가 진행되었다.그러나 최근 연구에 따르면 (프로)캠비움은 식물줄기세포의 틈새 역할도 한다: "프로캠비움 세포는 장기적 자가 갱신을 할 수 있는 능력을 가지고 있고 하나 이상의 전문화된 세포 유형으로 분화할 수 있기 때문에 줄기세포가 되는 기준을 충족시킨다."[6][failed verification]null

캠비움은 식물 내의 작은 모집단에 미세하게 존재하는 얇은 벽을 가진 메리스템의 일종이다.이러한 구조적 특성 때문에 일단 물리력을 가하면 바로 격리 과정에서 쉽게 손상되어 줄기세포 특성을 상실하게 된다.식물 줄기세포를 분리하고 회수하기 위한 160년의 생물학적 노력에도 불구하고, 식물 줄기 세포의 뚜렷한 구조적 특성 때문에, 아무도 이 격리에 성공하지 못했다: "He cambium은 샘플링 중에 쉽게 손상되는 좁고 긴 벽이 얇은 세포 몇 겹으로 구성되어 있다."이 취약성이 높은 특성은 기존의 방법으로는 캠비어 구조와 초저인프라에 대한 연구를 달성하기 어렵게 만들었다.따라서 식물줄기세포를 적혈구 조직에서 분리하지 못함으로써 과학자들은 식물줄기세포의 대안으로 콜러스(분화세포)를 사용하여 식물세포 배양액을 투여하게 되었다.null

캘러스(Callus) 또는 탈분화 세포는 배아 증식 및/또는 재생 능력을 일시적으로 얻는 전지전능 발생 세포를 발생시키기 위해 탈분화를 겪는 체세포다.배아생성 세포는 주어진 조건에서 재생하거나 배아로 발전하는 능력에 기초하여 전능세포로 간주되었기 때문에, 일반적으로 배아생성 세포는 식물의 줄기 세포로 간주되었다: "… 식물 체세포에서 발생하는 배아생성 줄기세포를 포함하도록 줄기세포의 개념을 확대할 것을 제안한다.단일 체세포에서 직접 유래한 식물인공줄기세포와 발생성줄기세포의 세포, 생리학적, 분자적 유사점과 차이점을 조사한다고 말했다.

식물줄기세포 vs 캘러스

이러한 콜러스는 일시적으로 많은 줄기세포와 같은 특성을 보이며 식물 줄기 세포의 대체 원천으로서 유용한 식물 화합물에 대해 배양되어 왔음에도 불구하고 콜러스와 식물 줄기 세포는 근본적으로 서로 다르다.캘러스는 분화능력은 식물줄기세포와 비슷하지만 두 사람의 기원은 다르다.식물줄기세포는 식물의 내성조직에 존재하지만, 체세포의 상처를 치료하기 위한 일시적인 반응으로 콜루스를 얻는다.null

게다가, 캘러스는 분화 세포가 분화 능력을 획득하면서 분화를 겪지만, 그 과정에서 유전적 변화는 피할 수 없다. 왜냐하면 그 세포는 성인 대상 식물에서 체성 미분화 세포로 구성되어 있기 때문이다.진정한 줄기세포와는 달리, 캘러스는 이질적이다.이 때문에 캘러스의 지속적이고 안정적인 세포분열이 어렵다.따라서 캠비움에서 유래된 식물줄기세포는 불멸의 세포인 반면, 캘러스에서 유래된 것은 체세포를 자극하여 얻은 일시적 탈피세포인 것이다.null

나아가 식물줄기세포와 캘러스의 차이가 문화와 연구에 만연한다는 점에서 차별화와 증식 능력은 다르다.메리스템에 내장되어 있는 식물줄기세포만이 분열되어 새로운 줄기세포가 생기면서 분화하는 세포를 발생시킬 수 있다.이 불멸의 세포들은 무한히 분열된다.null

바이오프로세서 혁신

식물 세포는 식물의 유용한 화합물을 얻기 위해 배양된다.그러나 세포 문화는 특히 세포 문화가 장기간 지속될 경우 다양한 요인에 의해 종종 방해받는다.그러나 식물줄기세포의 강한 생명력과 구조적 특성은 식물세포 배양에 대한 이전의 단점을 극복했다.따라서 식물줄기세포 배양법은 세포가 품질을 유지하면서 대량 배양에 성공함에 따라 세포 배양과 식물화학생산의 가장 이상적이고 생산적인 방법이다.null

추가 애플리케이션

수많은 약품, 향수, 색소, 항균제, 살충제 등은 식물 천연물에서 유래한다.배양된 Camival Meristematic Cells(CMC)는 paclitaxel을 포함한 중요한 천연물의 비용 효율적이고 환경 친화적이며 지속 가능한 원천을 제공할 수 있다.식물 재배와 달리, 이 접근법은 기후 조건의 변화나 세계 특정 지역의 정치적 불안정에 의해 야기되는 예측불가능성의 영향을 받지 않는다.또한 참조에 의한 CMC는 또한 식물 줄기세포 기능을 탐구하는 중요한 생물학적 도구를 제공할 수 있다.null

2010년에는 식물줄기세포연구소[ko](옛 운화과학기술원)의 연구원들이 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biology)를 통해 전 세계에 자료를 제시했다.그들의 연구는 세계 최초의 미생물의 세포 고립을 증명했다.CMC에 의해 분비되는 인간 건강을 위한 가치 있고 유익한 화합물들 때문에, 이 기술은 식물 생명공학의 심각한 돌파구로 여겨진다.[7][non-primary source needed]null

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Weigel D, Jürgens G (February 2002). "Stem cells that make stems". Nature. 415 (6873): 751–4. Bibcode:2002Natur.415..751W. doi:10.1038/415751a. PMID 11845197. S2CID 9032410.
  2. ^ a b Sablowski R (November 2004). "Plant and animal stem cells: conceptually similar, molecularly distinct?". Trends in Cell Biology. 14 (11): 605–11. doi:10.1016/j.tcb.2004.09.011. PMID 15519849.
  3. ^ Scheres B (August 2005). "Stem cells: a plant biology perspective". Cell. 122 (4): 499–504. doi:10.1016/j.cell.2005.08.006. hdl:1874/21117. PMID 16145811. S2CID 1705295.
  4. ^ "Gymnosperm Database". Pinus longaeva. 15 March 2007. Retrieved 2006-07-25.
  5. ^ Hirakawa Y, Shinohara H, Kondo Y, Inoue A, Nakanomyo I, Ogawa M, Sawa S, Ohashi-Ito K, Matsubayashi Y, Fukuda H (September 2008). "Non-cell-autonomous control of vascular stem cell fate by a CLE peptide/receptor system". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (39): 15208–13. Bibcode:2008PNAS..10515208H. doi:10.1073/pnas.0808444105. PMC 2567516. PMID 18812507.
  6. ^ Alison MR, Poulsom R, Forbes S, Wright NA (July 2002). "An introduction to stem cells". The Journal of Pathology. 197 (4): 419–23. doi:10.1002/path.1187. PMID 12115858.
  7. ^ Lee EK, Jin YW, Park JH, Yoo YM, Hong SM, Amir R, Yan Z, Kwon E, Elfick A, Tomlinson S, Halbritter F, Waibel T, Yun BW, Loake GJ (November 2010). "Cultured cambial meristematic cells as a source of plant natural products". Nature Biotechnology. 28 (11): 1213–7. doi:10.1038/nbt.1693. PMID 20972422. S2CID 205274906.

추가 읽기