닭 세포 안전 보존 기술 '독성 낮춘 냉동법' 확인

다음은 대한민국 정부 부처인 농촌진흥청 국립축산과학원에서 2025년 10월 21일 발표한 보도자료 "닭 세포 안전 보존 기술 '독성 낮춘 냉동법' 확인"에 대한 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

농촌진흥청 국립축산과학원은 2025년 10월 21일, 닭의 생식 능력 유지에 필수적인 정원줄기세포를 안전하게 보존할 수 있는 혁신적인 냉동 기술을 확인했다고 발표했습니다. 이 기술은 기존 동결보호제인 디메틸설폭사이드(DMSO)의 독성 문제를 해결하기 위해, 세포 외부를 감싸 보호하는 고분자 물질인 폴리앰폴라이트(Polyampholyte, PLL)를 동결보호제로 활용합니다. 연구 결과, PLL을 사용한 닭 정원줄기세포는 해동 후에도 높은 생존율과 본래의 기능을 유지하며, 특히 줄기세포의 증식 능력 면에서 기존 방법보다 우수하거나 동등한 효과를 보였습니다. 이 기술은 가축의 우수 유전자원을 안정적으로 보존하고 미래 축산업의 경쟁력을 강화하는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

2. 주요 내용

• 독성 낮은 신규 동결보호제 '폴리앰폴라이트(PLL)' 활용 확인: 농촌진흥청 국립축산과학원은 2025년 10월 21일, 닭 정원줄기세포의 안전한 동결보존을 위해 독성이 낮은 고분자 물질인 폴리앰폴라이트(Polyampholyte, PLL)를 동결보호제로 활용하는 기술을 성공적으로 확인했습니다. PLL은 세포막 내부로 침투하지 않고 세포 외부를 감싸 얼음 결정 생성을 억제하여 세포 손상을 최소화합니다.

• 기존 동결보호제 '디메틸설폭사이드(DMSO)'의 한계 극복: 일반적으로 세포 동결보존에 사용되는 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO)는 얼음 결정 생성을 억제하지만, 세포 내로 침투하여 독성을 유발하고 줄기세포의 분화 능력 및 생존율을 저하시키는 문제가 있었습니다. 이번 PLL 활용 기술은 이러한 DMSO의 독성 문제를 해결하여 세포의 안정성을 높였습니다.

• 닭 정원줄기세포의 성공적인 보존 및 기능 유지 확인: 연구진은 다양한 농도의 DMSO(5, 10, 20%)와 PLL(7.5%)을 적용하여 닭 정원줄기세포를 동결 및 해동한 후, 세포의 생존율, 비정상적 사멸 비율(세포자멸사), 그리고 줄기세포 고유 기능을 비교 평가했습니다. 그 결과, PLL을 사용한 세포는 해동 후에도 본래의 기능과 생존율을 유지했으며, 특히 줄기세포 본연의 성질을 유지하면서 다시 증식할 수 있는 능력 평가에서 더 높은 능력을 보이는 것을 확인했습니다.

• 가축 유전자원 보존의 중요성 강조: 정원줄기세포(Spermatogonial Stem Cells, SSCs)는 정자를 만드는 핵심 세포로, 이 세포를 안정적으로 보존하는 것은 가축의 우수 유전자원을 미래 세대에 안정적으로 전달하는 데 매우 중요합니다. 이번 기술은 닭을 포함한 가축 유전자원의 장기적이고 안정적인 보존을 위한 핵심 기반을 마련했습니다.

• 연구 결과의 학술적 인정 및 발표: 이번 연구 결과는 국내 학술지인 『한국산학기술학회지』에 게재되어 그 과학적 타당성과 중요성을 인정받았습니다. 이는 해당 기술이 학계의 검증을 거쳤음을 의미하며, 향후 관련 연구의 발전에 기여할 것입니다.

• 축산업 경쟁력 강화 및 품종 관리 기여 기대: 농촌진흥청 국립축산과학원은 이번 기술이 가축 유전자원의 안정적인 보존을 넘어, 다른 가축의 유전자 보존 및 품종 관리에도 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 장기적으로는 국내 축산업의 경쟁력을 강화하고 지속 가능한 발전을 도모하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

3. 배경 및 목적

가축 유전자원은 미래 식량 안보와 생물 다양성 유지에 필수적인 국가적 자산입니다. 특히 우수한 형질을 가진 가축의 유전자원을 안정적으로 보존하고 미래 세대에 전달하는 것은 축산업의 지속적인 발전과 경쟁력 확보에 매우 중요합니다. 그러나 세포를 동결 보존하는 과정에서 발생하는 얼음 결정 형성, 급격한 삼투압 변화 등으로 인해 세포막이 손상되거나 세포가 죽고 기능이 저하되는 문제가 빈번하게 발생합니다.

이러한 세포 손상을 줄이기 위해 일반적으로 '디메틸설폭사이드(DMSO)'와 같은 동결보호제가 사용되어 왔습니다. DMSO는 얼음 결정 생성을 억제하는 효과가 있지만, 세포 내부로 침투하여 독성을 유발하고 줄기세포의 중요한 특성인 분화 능력과 생존율을 떨어뜨릴 수 있다는 한계가 명확했습니다. 이러한 독성 문제는 장기적인 세포 보존과 이후 활용에 심각한 제약이 되어 왔습니다.

따라서 이번 연구의 주요 목적은 기존 동결보존 기술의 한계를 극복하고, 독성이 낮으면서도 세포의 생존율과 기능을 효과적으로 유지할 수 있는 새로운 동결보호제를 발굴하고 그 효능을 검증하는 것이었습니다. 특히 닭의 생식 능력 유지에 결정적인 역할을 하는 정원줄기세포를 대상으로, 세포 손상을 최소화하면서도 장기간 안전하게 보존할 수 있는 기술을 개발하여 가축 유전자원의 안정적인 확보와 미래 축산업의 지속 가능한 발전에 기여하고자 했습니다. 이를 통해 우수 유전자원의 손실을 방지하고, 필요시 언제든 활용할 수 있는 기반을 마련하는 것이 궁극적인 목표입니다.

4. 세부 추진 내용

농촌진흥청 국립축산과학원 동물바이오유전체과 연구진은 기존 동결보호제인 디메틸설폭사이드(DMSO)의 독성 문제를 해결하기 위해, 세포 외부를 감싸 보호하는 고분자 물질인 '폴리앰폴라이트(Polyampholyte, PLL)'를 새로운 동결보호제로 적용하는 연구를 추진했습니다. PLL은 세포막 내부로 침투하지 않고 세포 주위를 부드럽게 감싸 얼음 결정 생성을 억제함으로써 세포 손상을 최소화하는 독특한 메커니즘을 가지고 있습니다.

연구는 닭의 정원줄기세포(Spermatogonial Stem Cells, SSCs)를 대상으로 진행되었으며, PLL의 동결보존 효율을 검증하기 위해 다양한 농도의 DMSO(5%, 10%, 20%)와 PLL(7.5%)을 각각 적용하여 세포를 동결 및 해동하는 실험을 수행했습니다. 해동된 세포에 대해서는 다음과 같은 세 가지 주요 지표를 비교 평가했습니다. 첫째, 세포의 생존율(Viability)을 측정하여 얼마나 많은 세포가 살아남았는지 확인했습니다. 둘째, 비정상적으로 세포가 스스로 사멸하는 비율인 세포자멸사(Apoptosis)를 분석하여 세포 손상 정도를 파악했습니다. 셋째, 줄기세포 본연의 성질을 유지하면서 다시 증식할 수 있는 능력, 즉 줄기세포의 고유 기능을 평가했습니다. 특히, 줄기세포의 특성을 확인할 때 사용되는 마커인 SSEA-1, Oct4, Nanog, Sox2를 활용한 세포 면역형광분석을 통해 PLL을 활용하여 동결한 닭 정원줄기세포가 줄기세포의 특성을 그대로 가지고 있음을 확인했습니다.

연구 결과, PLL을 사용한 닭 정원줄기세포는 해동 후에도 기존 동결보호제를 사용했을 때와 비교하여 생존율 및 세포자멸사 비율에서 유의미한 차이가 없었으며, 특히 줄기세포 본연의 성질을 유지하면서 다시 증식할 수 있는 능력 평가에서는 PLL을 활용한 세포에서 더 높은 능력을 보이는 것을 확인했습니다. 이러한 결과는 PLL이 기존 동결보호제를 대체할 수 있는 효과적이고 안전한 세포 보호 물질로 활용될 수 있음을 명확히 보여주며, 이번 연구 결과는 국내 학술지인 『한국산학기술학회지』에 게재되어 학술적 검증을 마쳤습니다. 본 연구는 국립축산과학원 동물바이오유전체과 류재규 과장과 이재영 연구사가 주도했습니다.

5. 기대 효과

이번 '독성 낮춘 냉동법' 기술 확인은 가축 유전자원 보존 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 가장 직접적인 효과는 닭의 정원줄기세포를 포함한 귀중한 가축 유전자원을 더욱 안전하고 효율적으로 장기간 보존할 수 있게 된다는 점입니다. 기존 동결보호제의 독성 문제로 인해 발생했던 세포 손상과 기능 저하를 최소화함으로써, 보존된 유전자원의 활용 가치를 극대화할 수 있습니다. 이는 우수 품종의 유전적 다양성을 확보하고, 질병에 강하거나 생산성이 높은 형질을 가진 가축의 유전자를 안정적으로 유지하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.

나아가, 이 기술은 국내 축산업의 전반적인 경쟁력 강화에 크게 기여할 것입니다. 우수 유전자원의 안정적인 확보는 품종 개량의 기반이 되어 축산물의 품질 향상과 생산성 증대로 이어질 수 있습니다. 이는 결국 축산 농가의 소득 증대와 더불어 소비자에게는 더욱 안전하고 고품질의 축산물을 제공하는 선순환 구조를 만들 것입니다. 또한, 이 기술은 닭뿐만 아니라 다른 가축의 유전자원 보존 및 품종 관리에도 응용될 수 있어, 국내 축산 분야의 기술 자립도를 높이고 국제 경쟁력을 확보하는 데 중요한 발판이 될 것입니다. 장기적으로는 기후 변화나 질병 발생 등 예측 불가능한 상황에 대비하여 가축 유전자원의 안정적인 공급망을 구축하고, 생물 다양성 보존에도 이바지하는 다각적인 긍정적 효과를 창출할 것으로 기대됩니다.

6. 향후 계획

농촌진흥청 국립축산과학원은 이번 닭 정원줄기세포 동결보존 기술의 성공적인 확인을 바탕으로, 연구 범위를 더욱 확대하고 실용화를 위한 노력을 지속할 계획입니다. 우선, 닭 정원줄기세포에 국한되었던 연구를 다양한 생식세포(예: 난자, 정자) 및 체세포 등으로 확장하여 더욱 안전하고 효율적인 가축 유전자원 보존 기술을 개발해 나갈 것입니다. 또한, 이번에 확인된 폴리앰폴라이트(PLL) 기반의 동결보존 기술을 닭뿐만 아니라 한우, 돼지 등 다른 주요 가축 종의 유전자 보존 및 품종 관리에도 응용할 수 있도록 후속 연구를 추진할 예정입니다. 이를 통해 국내 축산업 전반의 유전자원 보존 역량을 강화하고, 각 가축 종의 특성에 맞는 최적화된 보존 프로토콜을 확립하는 것을 목표로 합니다. 국립축산과학원은 가축 유전자원을 안전하게 보존할 수 있는 기술을 지속적으로 개발하여 축산업의 경쟁력 확보에 힘쓰겠다는 의지를 표명했으며, 장기적으로는 이러한 기술들이 미래 축산 산업의 안정적인 성장과 발전에 기여할 수 있도록 관련 부처 및 산업계와의 협력을 강화해 나갈 것입니다.