특정 신경세포 제어하고, 시각 회복 연구도···'광유전학' 개척자들 노벨상 품었다(종합)

원격 제어·뇌세포 개별 제어 가능해져 기초 연구 활성화
밀리초 단위로 제어···해상도 높여 신경과학 성과로
韓 연구자들과 인연도···시각 회복 연구 등도 진행

[이데일리 강민구 기자] 올해 노벨생리의학상은 빛을 이용해 생체 조직이나 세포의 활동을 정밀하게 조절하고 관찰하는 융합 기술인 ‘광유전학(optogenetics)’을 개척한 세 명의 연구자에게 돌아갔다.

스웨덴 카롤린스카연구소 노벨위원회는 뇌에서 기억·감정·행동을 조절하는 신경회로를 빛으로 켜고 끄는 기술인 광유전학을 개척한 공로로 칼 데이서로스 하워드휴즈의학연구소 교수, 피터 헤게만 독일 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수를 선정했다고 5일 발표했다.

올해 노벨생리의학상 수상자들. 왼쪽부터 칼 데이서로스 하워드 휴즈 의학 연구소 교수, 피터 헤게만 독일 베를린 훔볼트 대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수 (자료=노벨상 발표 유튜브 갈무리)

노벨위원회는 “빛에 의해 개폐되는 이온 채널과 광유전학에 관한 발견에 대한 공로를 인정해 이들을 선정했다”고 밝혔다.

위원회에 따르면 광유전학은 뇌에서 신경 세포가 기억, 감정, 행동을 어떻게 형성하는지 밝혀낼 수 있는 방법이다. 피터 헤게만과 게오르크 나겔은 단세포 조류에서 채널로돕신이라는 단백질을 발견했다. 칼 데이서로스는 해당 단백질을 신경 세포를 위한 빛으로 제어되는 스위치로 변형시켰고, 신경과학에 새로운 시대를 열었다.

이들은 단세포 녹조류에서 발견한 광개폐 이온채널 단백질 ‘채널로돕신(channelrhodopsin)’을 신경세포에 도입해 파란빛으로 신경신호를 정밀하게 제어하는 ‘빛 스위치’를 만들었고, 이로써 뇌 기능 연구의 인과적 지도 작성이 가능해졌다는 평가를 받는다.

20세기까지 뇌 연구는 특정 영역을 손상시키거나 전기자극·약물로 간접 관찰하는 수준이어서 인과관계를 증명하기 어려웠다.

기존에는 전기적 신호자극을 주거나 전극을 삽입해 자극을 가하는 방식이 사용됐는데 이 방식은 여러 신경세포가 동시에 자극될 수 있다는 점에서 미세한 제어를 하기 어려웠다. 반면 연구팀이 발전시킨 광유전학은 특정 세포 유형만 골라 밀리초 단위로 켜고 끌 수 있도록 해 ‘어느 신경세포가 켜지면 어떤 현상이 일어나는가’를 직접 시험할 수 있게 됐다.

허원도 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 교수는 “기존 뇌자극 기술로 전기 자극을 하면 신경세포 하나를 자극하기 어려웠는데 정확하게 하나만 활성화할 수 있다는 장점이 있고, 해상도도 높게 해서 연구할 수 있다”고 설명했다.

이같은 연구는 당장은 임상적으로 큰 발전이 이뤄지지 못했지만 뇌과학 기초 연구 발전에 큰 원동력이 됐다. 허 교수는 “광유전학은 임상적으로 많은 발전 이뤘다기 보다 신경세포학과 뇌과학 기초 연구에 성과를 냈다는데 의미가 있다”며 “특정 신경세포가 어떠한 행동을 제어하는가에 대한 연구에 많이 활용됐고, 맹인의 시각을 회복할 수 있는 치료제 개발의 가능성을 보여주는 기초 연구가 진행됐다”고 말했다.

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수도 “단세포 미세조류의 빛 감지 단백질인 채널로돕신을 포유류 신경세포의 광스위치로 전환했다는 점에서 연구의 독창성이 크다”며 “자연계에서 발견한 생물학적 기능을 새로운 목적의 연구도구로 발전시킨 대표적인 사례”라고 설명했다.

수상자들은 한국 연구자와의 인연도 깊다. 김대수 KAIST 뇌인지과학과 교수는 “2012년 당시 록펠러대 방문교수로 칼 데이서로스 교수와 함께 한 인연이 있고, 그가 다른 연구자들에게 본인의 기술을 보급하는데 힘썼던 부분이 기억에 남는다”며 “포스닥 등을 수행했던 젊은 연구자들이 성장해 현재 서울대(김성현 교수), MIT(전광훈 교수) 등이 교수로 재직하고 있어 한국과 인연도 깊다”고 설명했다.

한편, 노벨상은 스웨덴 발명가이자 사업자였던 알프레드 노벨의 “인류에 가장 큰 공헌을 한 사람들에게 상을 수여해달라”는 유언에 따라 지난 1901년을 시작으로 매년 수여돼 왔다.

올해 노벨상은 생리의학상에 이어 6일 물리학상, 7일 화학상, 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 순으로 수상자가 발표될 예정이다.

노벨상 상금은 1200만크로나(약 16억원)이며, 최대 3명까지 수상할 수 있다. 공동 수상자들은 상금을 나눠 갖는다 수상자들에게는 노벨상 메달과 증서도 주어진다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)