광유전학이 뭐길래 노벨상? 빛으로 뇌세포를 켜고 끄는 기술

찾은 사람 둘, 스위치로 바꾼 사람 하나

스웨덴 카롤린스카연구소 노벨총회는 10월 5일(현지 시각) 세 사람을 공동 수상자로 발표했다. 선정 사유는 “빛으로 열리는 이온 통로와 광유전학에 관한 발견”이다. 문장이 둘로 나뉘는 데 주목하면 된다. 앞부분(이온 통로)이 헤게만과 나겔의 몫이고, 뒷부분(광유전학)이 다이서로스의 몫이다.

페르 스벤닝손 노벨위원장은 광유전학이 “과거에는 꿈만 꾸던 방식으로 뇌의 지도를 그릴 기회를 준다”고 평가했다. 상금은 1,200만 스웨덴 크로나이고 세 사람이 똑같이 나눈다.

채널로돕신이라는 빛 스위치

신경세포는 전기로 말한다. 세포막에 있는 문(이온 통로)이 열려 전하를 띤 입자가 드나들면 전기 신호가 생기고, 그 신호가 옆 세포로 넘어간다. 채널로돕신은 이 문 가운데 빛을 받아야 열리는 문이다. 원래는 녹조류가 밝은 쪽을 찾아가는 데 쓰는 단백질이다.

광유전학(optogenetics)이라는 이름은 빛(opto)과 유전학(genetics)을 합친 말이다. 순서는 세 단계다. 첫째, 채널로돕신을 만드는 유전자를 바이러스 운반체에 실어 뇌의 특정 종류 신경세포에만 넣는다. 둘째, 가느다란 광섬유로 그 부위에 빛을 비춘다. 셋째, 유전자가 들어간 세포만 켜지므로 그때 동물의 행동이 어떻게 바뀌는지 본다.

‘끈다’는 쪽은 다른 단백질이 맡는다. 노란빛을 받으면 세포를 잠잠하게 만드는 할로로돕신 같은 단백질을 함께 넣으면, 파란빛으로 켜고 노란빛으로 끄는 일이 한 세포에서 가능해진다. 그래서 ‘켜고 끄는 기술’이라고 부른다.

왜 이것이 큰일이었는지는 이전 방법과 견주면 분명해진다.

정리하면 ‘어떤 세포를’과 ‘언제’를 동시에 고를 수 있게 된 것이다. 그 덕에 “이 세포가 활동할 때 이 행동이 나타난다”는 관찰에서 “이 세포를 켜면 이 행동이 생긴다”는 인과 확인으로 넘어갔다.

접시 위의 세포에서 살아 있는 뇌로

두 해의 차이는 무대다. 2005년에는 접시에서 기른 신경세포가 빛에 반응했고, 2007년에는 움직이는 동물의 뇌에서 같은 일이 벌어졌다. 장면을 따라 내려가면 빛 스위치가 옮겨 간 자리가 하나씩 칠해진다.

우울증·중독·파킨슨병 연구에 쓰이는 방식

먼저 선을 그어 둔다. 아래 연구는 대부분 동물의 뇌 회로를 밝힌 실험이다. 광유전학으로 사람의 우울증이나 중독을 치료하는 것이 아니라, 어느 회로가 문제인지 알아내 약이나 자극 치료의 표적을 찾는 데 쓴다. 좌우 화살표 키로도 넘길 수 있다.

헷갈리기 쉬운 다섯 가지

제목을 누르면 답과 짚어볼 점이 펼쳐진다.

1,200만 크로나를 원화로 나누면

상금은 스웨덴 크로나로 준다. 환율과 공동 수상자 수를 바꿔 한 사람 몫을 원화로 어림한다. 보도마다 원화 금액이 조금씩 다른 것은 적용한 환율이 달라서다.

균등 분배를 가정한 단순 추정이다. 실제 수령액은 지급 시점 환율과 각국 세금에 따라 달라진다. 기본값 134원은 ‘약 16억원’ 보도에서 역산한 값이다.

10월 6일부터 12일까지

생리의학상이 첫 순서였다. 과학 부문 두 개가 오늘과 내일 이어지고, 주말을 건너 경제학상으로 끝난다.

부문별 정확한 발표 시각은 노벨위원회 공지로 확인해야 한다. 예년에는 한국 시각 오후 6시~8시 사이였다.

광유전학 기사를 읽을 때 확인할 것