‘빛으로 뇌 신경세포 조절’… 광유전학 3人에 노벨생리의학상

다이서로스-헤게만-나겔 공동수상 기억-감정 등 세포 기능 직접 확인 시각기능 회복 등 치료 연구 활발 빛을 비춰 뇌 속 원하는 신경세포를 켜거나 끄는 ‘광유전학(optogenetics)’을 개척한 과학자 3명이 올해 노벨 생리의학상을 받았다. 이 기술로 사람이 두려움을 느끼고 기억을 만들며 보상을 좇는 등의 행동에 어떤 신경세포가 실제로 관여하는지 확인할 수 있게 된 공로를 인정한 것이다. 스웨덴 카롤린스카의대 노벨총회는 5일(현지 시간) 칼 다이서로스 미국 스탠퍼드대 교수, 페터 헤게만 독일 베를린 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수를 공동 수상자로 선정했다. 노벨위원회는 세 사람이 “빛으로 열리는 이온 통로와 광유전학에 관한 발견에 이른 공로를 인정해 수상자로 선정했다”고 밝혔다. 광유전학은 뇌에서 개별 신경세포의 활동을 켜거나 끌 수 있게 한 기술로, 세계 신경과학 연구 패러다임을 바꾼 것으로 평가받는다. 광유전학의 출발점은 물속에 사는 단세포 조류 ‘클라미도모나스’였다. 헤게만 교수와 나겔 교수는 2000년대 초 이 작은 생물이 빛을 감지해 움직이는 데 ‘채널로돕신(channelrhodopsin)’이라는 단백질이 관여한다는 사실을 밝혀냈다. 채널로돕신에 빛을 비추면 세포 표면의 작은 문이 열리듯 통로가 열리고 전기를 띤 입자가 드나들면서 세포가 작동한다. 다이서로스 교수는 이 ‘빛 스위치’를 신경세포에 달았다. 연구팀은 2005년 포유류 신경세포에 채널로돕신을 만들게 한 뒤 파란빛을 비춰 신경세포가 신호를 내도록 하는 데 성공했다. 이후 살아 있는 동물의 특정 신경세포만 골라 빛으로 켜고 끄고, 그때 행동이 어떻게 달라지는지를 살필 수 있게 됐다. 광유전학이 등장하기 전에도 뇌를 촬영해 어떤 부위가 활발해지는지 보거나 전기로 뇌를 자극하는 연구는 가능했다. 하지만 전기 자극은 주변의 여러 신경세포가 한꺼번에 반응해, 그중 어떤 세포가 실제 행동에 관여하는지 가려내기 어려웠다. 광유전학은 원하는 종류의 신경세포만 골라 빛으로 켜거나 끌 수 있어, 뇌의 어느 부위가 반응하는지를 넘어 그 안의 어떤 신경세포와 연결망이 실제 행동에 관여하는지 직접 시험할 수 있게 했다. 허원도 KAIST 생명과학과 교수는 “예전에는 손이나 발을 움직일 때 대략 어느 뇌 영역이 관여하는지는 알 수 있었지만, 정확히 어떤 신경세포가 운동을 조절하는지 찾기는 쉽지 않았다”며 “광유전학은 특정 신경세포만 골라 빛으...