노벨 생리의학상에 ‘광유전학’ 개척 3인…빛으로 뇌세포 제어

다이서로스·헤게만·나겔 공동수상…광유전학 발전 기여 공로
신경세포·행동 간 인과관계 규명 길 열어…뇌질환 연구에도 활용

노벨상 메달. AP

빛으로 특정 신경세포를 켜고 끄며 뇌의 작동 원리를 밝힐 수 있는 ‘광유전학’ 분야를 개척한 과학자 3명이 올해 노벨 생리의학상을 받는다. 특정 신경세포와 기억·감정·행동 사이의 인과관계를 규명할 수 있는 길을 열어 신경과학 연구의 패러다임을 바꿨다는 평가다.

스웨덴 카롤린스카 의대 노벨위원회는 5일(현지시간) 칼 다이서로스 미국 스탠퍼드대 교수와 페터 헤게만 독일 베를린 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수를 2026년 노벨 생리의학상 공동 수상자로 선정했다.

위원회는 이들의 ‘광개폐성 이온 채널과 광유전학에 관한 발견’의 공로를 인정했다고 밝혔다. 세 사람의 연구를 토대로 살아 있는 뇌에서 특정 신경세포의 활동을 빛으로 정밀하게 조절하는 기술이 탄생했다.

헤게만과 나겔은 빛에 민감한 단백질 ‘채널로돕신’을 단세포 조류에서 발견했다. 이들은 채널로돕신에 청색광을 비추면 단백질 내부의 통로가 열리고, 전하를 띤 이온이 세포 안으로 들어가 전기적 신호를 발생시킨다는 사실을 밝혀냈다.

다이서로스는 채널로돕신 유전자를 쥐의 신경세포에 넣고 청색광을 비춰 신경 신호를 발생시키는 데 성공했다. 이후에는 살아 있는 생쥐의 뇌에서도 빛으로 특정 신경세포의 활동을 제어할 수 있도록 기술을 발전시켰다.

이처럼 유전학적 방법으로 특정 세포를 빛에 반응하도록 만든 뒤 빛으로 세포의 활동을 조절하는 기술을 ‘광유전학(optogenetics)’이라 한다.

광유전학은 뇌의 특정 영역이나 신경세포가 특정 행동 사이의 단순한 ‘상관관계’를 넘어 실제 ‘인과관계’를 확인할 수 있게 한다는 점에서 주목받는다.

기존에도 뇌의 특정 부위가 기억이나 감정, 운동 등에 관여한다는 사실은 알 수 있었지만 복잡하게 얽힌 수많은 신경세포 중 특정 세포만 골라 정밀하게 조절하기는 어려웠다. 특히 기존의 전기 자극 등을 이용할 경우, 주변의 여러 신경세포가 동시에 영향을 받을 수 있어 어떤 세포가 특정 행동을 일으켰는지 명확하게 구분하는 데 한계가 있었다.

광유전학을 이용하면 연구자가 원하는 신경세포에만 빛에 반응하는 단백질을 발현시킨 뒤 빛을 비춰 해당 세포의 활동을 선택적으로 조절할 수 있다. 사용하는 단백질에 따라 신경세포를 활성화하거나 억제할 수 있어 특정 신경회로가 행동에 미치는 영향을 직접 확인할 수 있는 것이다.

이를 통해 기억이 어떻게 만들어지고 공포나 보상 같은 감정과 행동이 어떤 신경회로를 통해 나타나는지 등을 보다 정밀하게 연구할 수 있게 됐다. 뇌전증과 파킨슨병, 중독 등 신경·정신질환과 관련된 신경회로를 규명하는 연구에도 광유전학이 활용되고 있다.

의학적 활용 가능성도 연구되고 있다. 특히 시각을 잃은 환자의 망막세포를 빛에 반응하도록 만들어 시각 기능을 되살리는 광유전학 치료 연구가 진행되고 있다. 실제로 2021년에는 망막색소변성증으로 시력을 잃은 환자에게 광유전학 치료와 특수 고글을 적용해 일부 물체를 인식한 사례가 국제학술지에 보고된 바 있다.

노벨위원회는 광유전학을 통해 살아 있는 뇌에서 신경세포가 기억과 감정, 행동을 어떻게 만들어내는지 규명할 수 있게 됐다며 세 수상자가 신경과학의 새로운 시대를 여는 토대를 마련했다고 평가했다.

올해 노벨 생리의학상 상금은 총 1200만 스웨덴 크로나(약 16억원)로 세 사람이 3분의 1씩 나눠 갖는다.

올해 노벨상 수상자는 생리의학상을 시작으로 6일 물리학상, 7일 화학상, 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 순으로 발표된다.

김미경 기자 95923kim@kukinews.com