[논문]초고압전자현미경을 이용한 미라 모발 멜라닌과립의 구조 관찰

장병수

doi:10.15207/jkcs.2017.8.8.197

초고압전자현미경을 이용한 미라 모발 멜라닌과립의 구조 관찰
Observation of the Structure of Melanin Granule in Mummy's Hair Shaft Using High-Voltage Electron Microscopy 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.8 no.8, 2017년, pp.197 - 202

초록
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본 연구는 미라 모발에 존재하는 멜라닌과립의 보존 상태와 모양을 규명하기 위해서 1250kV의 초고압전자현미경(high voltage electron microscope: HVEM)을 사용하여 3차 구조를 분석하였다. 미라 모발에서 피질에 분포하고 있는 멜라닌과립은 큐티클층에 인접한 바깥쪽 피질에 집중적으로 분포하고 있다. 이들 부위에는 다량의 멜라닌과립들이 무리를 지어 존재하고 있어서 현대인의 정상 모발에 있는 멜라닌과립의 분포양상과 뚜렷한 차이점을 나타내었다. 초고압전자현미경으로 ${\pm}60$도의 범위에서 1도 간격으로 촬영한 결과 멜라닌과립은 길쭉한 타원형의 형태로 크기가 다양하게 관찰되었다. 과립의 크기는 단축 직경이 $0.3-0.6{\mu}m$이고, 장축 직경은 $0.5-1{\mu}m$로 측정되었다. 결론적으로 초고압전자현미경은 일반 투과전자현미경보다 높은 해상도와 투과력을 가져서 두꺼운 절편의 생물 시료 구조분석에 용이하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Three-dimensional melanin granules of mummy's hair analyzed using high voltage electron microscopy at 1250kV. The melanin granules in the cortex of mummy's hair located in close proximity to the outer of cortex in the adjacent place of the cuticles. A lot of melanin granule performed in this area. It is a distinguished difference from modern human. While it rotated up to 60 degree counter-clockwise and taken a photo per one degree using high voltage electron microscopy. The melanin granule displayed with long elliptical and variable at the size. The size of granule is measured from $0.3{\sim}0.6{\mu}m$ in minimum diameter and $0.5{\sim}1{\mu}m$ in maximum diameter. Conclusionally, high voltage electron microscope has higher resolution and penetration power than conventional transmission electron microscope that could be load biological thick specimen.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

GMHL 30)로 1시간 동안 표식한 다음, 한국기초과학연구원에 설치된 초고압전자현미경(JEM-ARM 1300S, Japan)으로 1250kV에서 2,000배의 배율로 관찰하였다. 관찰상은 CCD camera(Gatan Co. SP100W, 1600X, 1200 pixel, 12bit)를 이용하여 +60도에서 -60도까지 1도 간격으로 촬영하였다.
투과전자현미경과 초고압전자현미경 관찰에서 멜라닌과립은 큐티클층에 인접한 피질 부위에 다량으로 밀집되어 존재하고 있다. 멜라닌과립의 구조에 대하여 일차적으로 수집된 2차원적 이미지에 3차원적 영상이미지를 재구현시 필수적인 IMOD 를 사용하고 tilting 이미지를 이용하여 멜라닌과립의 3-D 입체구조를 재구현하였다. 멜라닌과립의 3-D 입체구조 이미지에서 멜라닌과립 표면은 거친 모양으로 넓은표면적을 가지고 있다.
멜라닌과립의 단층구조는 IMOD software(version 3.3.10)[11]를 이용하여 정렬 한 후 3차 구조를 재구성하기 위해서 electron tomography를 실시하였다.
본 연구는 이미 완벽한 상태로 보존되어 있는 “학봉장군” 미라 모발의 2차원적 구조 연구에 이어 한국기초과학지원연구원에 설치되어 있는 국내 유일의 초고압전자 현미경(high voltage electron microscope)을 이용하여 미라 모발의 주요 색소인 멜라닌과립의 3차원적 구조를확인하고 멜라닌과립의 분포위치와 과립의 형태적 특성을 분석하였다.
본 연구는 투과전자현미경과 초고압전자현미경을 이용하여 “학봉장군” 미라 모발에 존재하는 멜라닌과립의 3차원적 입체구조를 분석하였다. 투과전자현미경과 초고압전자현미경 관찰에서 멜라닌과립은 큐티클층에 인접한 피질 부위에 다량으로 밀집되어 존재하고 있다.
염색이 끝난 재료는 관찰부위의 기준점을 잡기 위해서 30nm의 gold particle(BB International, UK, EM. GMHL 30)로 1시간 동안 표식한 다음, 한국기초과학연구원에 설치된 초고압전자현미경(JEM-ARM 1300S, Japan)으로 1250kV에서 2,000배의 배율로 관찰하였다. 관찰상은 CCD camera(Gatan Co.
포매된 미라 모발은 초박절편기 (Ultramicrotome, LKB-2088)로 준초박절편(semi-thin section)을 제작한 다음, 1% toluidine blue(1% borax)로 hot plate(60℃) 상에서 2분간 염색하였다. 염색이 끝난 절편을 증류수로 충분히 세척한 다음 광학현미경 (Olympus CH30, Japan)으로 관찰하였다. 이어서 미라 모발의 미세구조를 관찰하기 위해 초박절편(ultra-thin section)을 제작하여 copper grid에 부착시킨 다음, uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 투과전자 현미경(H-7500, Hitachi, Japan)으로 100kV에서 관찰하였다.
염색이 끝난 절편을 증류수로 충분히 세척한 다음 광학현미경 (Olympus CH30, Japan)으로 관찰하였다. 이어서 미라 모발의 미세구조를 관찰하기 위해 초박절편(ultra-thin section)을 제작하여 copper grid에 부착시킨 다음, uranyl acetate와 lead citrate로 이중 염색하여 투과전자 현미경(H-7500, Hitachi, Japan)으로 100kV에서 관찰하였다.
채취한 미라 모발을 통상적인 방법으로 에폭시수지 (epoxy resin) 불럭을 제작하여 1㎛ 두께로 절편 제작하였 다. 절편을 formvar 막이 입혀진 grid 위에 올려놓고 4% uranyl acetate와 lead citrate로 각각 10분씩 염색하였다.
채취한 미라 모발을 통상적인 방법으로 에폭시수지 (epoxy resin) 불럭을 제작하여 1㎛ 두께로 절편 제작하였 다. 절편을 formvar 막이 입혀진 grid 위에 올려놓고 4% uranyl acetate와 lead citrate로 각각 10분씩 염색하였다.
투과전자현미경 관찰을 위한 초박절편(ultrathin section)의 연속절편과 초고압전자현미경 관찰을 위한 1 ㎛ 두께의 연속 후박절편을 연구한 후 3-D electron tomography를 실시하였다.

성능/효과

Lee & Chang[6]은 2002년 파주에서 발견된 파평 윤씨 미라 모발에서 멜라닌과립은 큐티클층에 가까운 외피질 (exocuticle)에 집중적으로 분포하고 있다고 보고하였다. 400년 된 미라[6]와 본 연구에 사용된 600년 된 미라 모발에서 완벽하게 보존된 멜라닌과립들은 큐티클층에 인접한 외피질부위에서 다량 존재하는 것을 확인할 수 있다.
Tilting image와 3-D 입체구조 의 재 구현에서 멜라닌과립은 큐티클층에 인접한 피질부위에 집중되어 있고 과립의 표면은 매끄럽지 않고 거친 것으로 확인되었다 [Fig. 5].
멜라닌과립의 3-D 입체구조 이미지에서 멜라닌과립 표면은 거친 모양으로 넓은표면적을 가지고 있다. 또한 멜라닌과립은 길이 방향이 모발의 정단부위 방향으로 일정하게 배열되어 있지 않고 일부는 가로로 위치하고 있는 것을 확인하였다.
3]. 또한 이들 과립들은 일정한 방향, 즉 모발의 장축을 따라 일정한 모양으로 배열되어 있지 않고 일부는 모발의 단축을 따라 존재하고 있는 것을 확인하였다. 그리고 이들 멜라닌과립은 한정된 막에 둘러싸여 있는지는 확인되지 않았다[Figs.
본 연구에서 높은 해상력과 우수한 투과력 및 3차원적 정보 추출이 용이한 초고압전자현미경을 사용한 멜라닌 과립의 관찰소견을 보면 초고압전자현미경상에서 일정한 각도로 tilting(0°, ±10°, ±20°, ±30°, ±40°, ±50°)을 실시하여 멜라닌과립의 구조적 특성을 확인할 수 있다 [Figs. 3, 4].
본 연구에서 멜라닌과립은 길쭉한 타원형 또는 쌀알 모양으로 큐티클층에 인접한 부위에 여러 개가 집단적으로 관찰되었으며 멜라닌과립의 수를 셀 수 있었다[Fig. 5].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	멜라닌과립은 어떤 기능을 가지고 있는가?	멜라닌과립은 모발 색을 결정지어 주고 태양광선으로 부터 두피를 보호하는 기능을 가지고 있다[12,13]. 특히 현대인에 있어서 모발의 멜라닌과립은 헤어 스타일링 (hair styling)의 변화에 중요역할을 한다[14,15,16].
	투과전자현미경으로 멜라닌과립을 관찰하는데 한계점은 무엇인가?	투과전자현미경은 세포나 조직성분의 2차원적 미세 구조분석으로 이들 멜라닌과립의 3차원적인 형태와 미세 구조적 특성을 관찰하는 데는 한계가 있다.
	학봉장군 미라의 모발이 완벽하게 존재한 이유는 무엇인가?	Chang 등[9]은 한국의 대전에서 발견된 15세기 미라 모발에 관한 연구에서 “학봉장군” 미라 모발은 전혀 손상된 부위 없이 완벽한 상태로 존재하였으며 이와 같은 결과는 요즘 현대인에서도 쉽게 찾아볼 수 없다고 보고 하였다. 모발이 완벽하게 존재한 이유는 모발표면에 미세한 무기물질들이 피복되어 있는데 그 원인으로 조선시 대의 매장문화에서 시신을 오동나무관에 입관한 다음 매장할 때 생석회를 덮음으로서 시간이 경과함에 따라 관내부는 밀폐되면서 진공상태가 되어 나타난다[10].

참고문헌 (24)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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