연구 분야의 모델 유기체
모델 유기체는 연구자들이 특정한 생물학적 과정을 연구하기 위해 사용하는 종입니다. 이들은 인간과 유사한 유전적 특성을 가지고 있으며, 유전학, 발달생물학, 신경과학 같은 연구 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 유기체 모델은 일반적으로 실험실 환경에서 쉬운 유지와 번식, 짧은 세대 주기 또는 특정 형질이나 질병을 연구하기 위한 돌연변이 생성 능력 때문에 사용됩니다.
유기체 모델은 세포, 조직, 장기 및 기관계 수준에서 생물학적 시스템에 가치 있는 통찰력을 제공합니다. 유기체 모델에는 여러 종류가 있으며 복잡도와 용도가 다양합니다. 효모와 같은 작고 단순한 유기체는 전형적으로 인간 암의 유전자 변이를 연구하기 위해 사용되는 반면, 초파리(Drosophila melanogaster)와 제브라피시(Danio rerio)는 유전학 연구와 질병 발달을 연구하는 데 적합합니다. 쥐 모델은 또한 질병의 진행과 신약의 개발을 연구하기 위해 생물의학 연구 분야에서 광범위하게 사용됩니다.
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Neurofilaments stained in red to assess neuronal outgrowth in E12-14 mouse. The mouse was uncleared. Courtesy of Yves Lutz, Centre d’imagerie, IGBMC, France.
유기체 모델 연구를 위한 현미경
유기체 모델은 대부분의 경우 크고 복잡하며 밀도가 높기 때문에 까다롭습니다. 따라서 이러한 샘플을 연구할 수 있도록 현미경 시스템에는 유연성이 필요합니다. 기존에는 제브라피시와 같은 시료의 거시적 분석과 조작을 가능하게 하는 실체현미경에서부터 살아있는 큰 유기체의 심층 이미징이 가능한 다광자 현미경까지, 모델 유기체를 연구하는 데에는 여러 가지의 현미경 기법이 필요했습니다.
이렇게 두꺼운 시료의 경우, 공초점 현미경은 깊은 곳을 자세히 관찰하고 아웃 포커스 신호를 피하게 해주는 도구입니다. 하지만, 높은 레이저 전력으로 인해 속도가 느리거나 광퇴색이 일어나는 등 몇 가지 과제도 가지고 있습니다.
광독성이 낮기 때문에 3D로 광민감 샘플을 이미징할 때 광시트 현미경과 같은 혁신적인 기술이 더욱 두각을 드러내고 있습니다.
유기체 모델을 이미징할 때 발생하는 문제
유기체 모델을 포함하는 작업은 매우 불균질하기 때문에 현미경 기법을 사용할 때 발생하는 과제는 이 작업이 동적 연구에 사용되는 지 분자 이벤트에 대한 연구에 사용되는지에 따라 달라지지만, 꼬마선충의 몇 가지 세포부터 쥐처럼 크고 복잡한 동물에 이르기까지 작업에 사용하는 유기체 모델의 복잡성에 따라서도 달라질 수 있습니다.
유기체 모델을 이미징할 때 흔히 직면하는 어려움은 처리 속도입니다. 샘플 크기 때문에 이미징 시 촬영 시간이 길어지고 총체적인 데이터 집합을 얻기 위해 수많은 이미지를 분석해야 할 수도 있기에 전반적으로 실험 효율성이 저하됩니다. 광독성과 광손상은 샘플의 생리에 지장을 주거나 심지어 세포나 샘플 사멸의 원인이 될 수 있기 때문에, 촬영 속도 또한 살아있는 유기체 모델을 이미징할 때 발생하는 문제이기도 합니다. 마지막으로 샘플의 깊은 레이어 속에 있는 이미징 지점은 이미지 잔여물과 흐릿함을 생성할 수도 있습니다.
