빛으로 뇌를 켜고 끈다…‘광유전학’ 개척자 3인 노벨생리의학상

[이데일리 강민구 기자] 올해 노벨생리의학상은 빛을 이용해 살아 있는 뇌의 신경세포를 정밀하게 제어하는 ‘광유전학(optogenetics)’을 개척한 연구자 3명에게 돌아갔다.

스웨덴 카롤린스카연구소 노벨위원회는 5일 광유전학 발전에 기여한 칼 데이서로스 하워드 휴즈 의학연구소 교수, 피터 헤게만 독일 베를린 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수를 올해 노벨생리의학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

올해 노벨생리의학상 수상자들.(왼쪽부터)피터 헤게만 독일 베를린 훔볼트대 교수, 칼 데이서로스 하워드 휴즈 의학 연구소 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수.(사진=스탠퍼드대 등 각 기관)

이들의 연구는 살아 있는 뇌에서 특정 신경세포를 빛으로 켜고 끌 수 있게 하면서 신경과학 연구의 패러다임을 바꿨다는 평가를 받는다. 과거에는 뇌의 특정 부위를 손상시키거나 전기자극·약물을 이용해 신경세포의 기능을 간접적으로 관찰하는 경우가 많았다.

광유전학은 특정 신경세포만 골라 밀리초 단위로 활성화하거나 억제할 수 있다. 이를 통해 ‘어떤 신경세포가 작동하면 어떤 현상이 나타나는가’를 직접 확인할 수 있어 뇌 기능을 상관관계가 아닌 인과관계로 규명할 수 있게 됐다.

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

단세포 조류에서 발견된 ‘채널로돕신(channelrhodopsin)’이라는 단백질이 광유전학 발전의 출발점이 됐다. 헤게만 교수와 나겔 교수는 단세포 조류에서 빛에 반응하는 채널로돕신을 발견했고, 데이서로스 교수는 이를 신경세포에 적용해 빛으로 작동하는 ‘스위치’로 발전시켰다.

이 기술을 이용하면 특정 신경세포에 빛을 비춰 신경신호를 활성화하거나 억제할 수 있다. 기억·감정·수면·운동 등에 관여하는 신경회로가 실제로 어떤 역할을 하는지 직접 검증할 수 있게 된 것이다.

페르 스베닝손 노벨위원회 생리의학분과 위원장은 “광유전학은 과거에는 꿈만 꾸던 방식으로 뇌를 지도화할 기회를 제공한다”고 말했다.

국내 연구자들도 이번 수상의 의미를 높게 평가했다.

허원도 KAIST 생명과학과 교수는 “이전에는 뇌 신경세포를 제어하려면 전기자극 등을 이용했지만 광유전학의 발전으로 빛만 비춰도 신경세포의 활성을 제어할 수 있게 됐다”며 “빛을 이용해 신경세포를 자유롭게 제어할 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수는 “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.

이번 수상은 호기심에서 출발한 기초연구가 의생명 분야의 혁신적인 연구기술로 발전한 사례라는 점에서도 의미가 있다.

한편 노벨상은 스웨덴 발명가이자 사업가였던 알프레드 노벨의 유언에 따라 1901년부터 매년 수여되고 있다.

올해 노벨상은 생리의학상에 이어 6일 물리학상, 7일 화학상, 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 수상자가 차례로 발표된다.

노벨상 상금은 1200만크로나(약 16억원)로, 공동 수상자들은 상금을 나눠 갖는다. 수상자에게는 노벨상 메달과 증서도 수여된다.