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 공간 전사체(Spatial transcriptomics) 분석으로 숙주-마이크로바이옴의 상호작용 규명

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-81

■ 공간 전사체학 분석기술을 이용하여 숙주와 마이크로바이옴 사이의 상호작용을 규명할 수 있는 새로운 접근방법이 제시

○ 대부분의 마이크로바이옴 연구는 미생물의 DNA/RNA 시퀀싱을 통해 진행되는데, 이러한 방법은 미생물의 공간적 정보, 미생물-미생물, 미생물-숙주 사이의 상호작용을 포착하기 어려움

- 하지만 최근 단일세포 전사체학과 고해상도 이미징 기술을 기반으로 공간 정보를 보존하는 동시에 유전자 발현을 측정하는 공간 전사체학이 부상

○ 스웨덴과 미국의 연구팀에서 공간 전사체학을 활용하여 in situ에서 숙주- 마이크로바이옴의 상호작용체(interactomes)를 분석한 연구결과를 발표

- 특히 박테리아와 진균, 숙주의 전사체를 포괄적으로 잡아낼 수 있는 역전사 프라이머를 재구성

- 해당 기술은 바코드 역전사 프라이머가 나열된 슬라이드 위에 샘플을 올려 결합하게 한 뒤에 시퀀싱을 거쳐 숙주의 유전자 발현 및 미생물 군집에 대한 공간 지도를 구성

○ 스웨덴 연구팀은 애기장대 잎에 있는 미생물 군집의 공간적 패턴을 분석

- 이를 위해 박테리아와 진균(곰팡이) 그리고 숙주의 RNA를 포착할 수 있는 프라이머를 제작

- 분석 결과, 숙주에서 발현된 유전자와 미생물군이 갖는 RNA 사이에 상당한 중첩이 있음을 관찰

※ Nature Biotechnology, Spatial metatranscriptomics resolves host-bacteria-fungi interactomes, 2023.11.20.

○ 미국의 연구팀도 이와 유사하게 숙주의 mRNA와 박테리아의 16S rRNA를 타겟으로 프로브를 제작하여 마우스 장 샘플의 공간 전사체를 분석

- 그 결과, 장 세포들이 미생물 환경에 따라서 특정 유전자 발현에 차이를 나타내는 것을 확인

※ Nature Biotechnology, Spatial host-microbiome sequecing reveals niches in the mouse gut, 2023.11.20.

■ 아직 기술적으로 개선되어야 할 부분이 남아있지만 공간 전사체학을 활용한 분석방법은 마이크로바이옴 연구에 새로운 관점을 제시할 전망

○ 극복해야 할 과제 중 하나는 박테리아, 진균의 RNA가 균일하게 분석 슬라이드 위에 배포될 수 있도록 하는 것

- 세포 용해, RNA 방출 등의 문제로 RNA 접근성에 편차가 생기면 미생물 군집 분석에 왜곡이 발생할 수 있음

- 이외에도 공간 해상도(Spatial resolution)가 다소 떨어진다는 점, 환경적인 오염이나 참조 데이터베이스의 오류로 인한 왜곡, 침습적 조직 샘플링으로 인해 in vivo 연구에 기술 적용이 어렵다는 문제들이 존재

※ slide-seq, stereo-seq와 같은 spatial RNA 시퀀싱 플랫폼, 형광 in situ 결합, 비침습적 장 샘플링 기기 등 신규 유망기술과 융합 시 문제해결이 가능할 것으로 예상

...................(계속)

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