일본산업뉴스요약

뇌의 움직임을 빛으로 분석해 조작
광유전학, 파킨슨병 치료도 가능
미국 스탠포드대학 교수 칼 다이서로스(Karl Deisseroth)

▶광유전학(Optogenetics): 빛을 이용해 단백질 및 유전자의 움직임을 제어하는 방법. 빛 기술과 유전자공학을 결합시킨 것이다. 유전자 편집 기술로 빛에 반응하는 조류(藻類)단백질을 동물의 신경세포에 이식하는 것이다. 광섬유 등을 이용해 외부에서 뇌에 빛을 비추면, 원하는 종류의 세포를 조작할 수 있다.
이 기술을 통해 동물의 기억과 식욕, 수면 등에 관련된 신경 활동을 정확하게 조작할 수 있게 되었다. 초파리와 제브라다니오, 쥐, 영장류 등의 연구에서 성과가 나오고 있다.

빛을 이용해 신경세포를 조작하는 ‘광유전자학’이라는 새로운 연구분야를 개척한 미국 스탠포드대학의 다이서로스 교수가 일본경제신문의 인터뷰에 응했다. 뇌 기능을 밝히는 연구가 크게 발전. 다이서로스 교수는 “우울증 등 신경 질환을 앓고 있는 사람들을 돕고 싶다”라며 응용 연구에 대한 의욕을 밝혔다.

다이서로스 교수는 신경과학 전문으로, 정신과의 면허도 가지고 있다. 훌륭한 공적을 세운 국내외 연구를 표창하는 ‘교토 상’ 수상식에 출석하기 위해 일본에 온 그는 해외의 유력 과학상을 잇따라 수상, 노벨상 수상 가능성도 크다.

다이서로스 교수가 개발한 기술을 이용하면 원하는 신경세포의 움직임을 1천 분의 1초 단위로 조작이 가능하다. 빛을 ON∙OFF함으로써 실험 동물의 행동이 어떻게 달라지는지를 조사하면 지금까지 알 수 없었던 신경 회로 기능을 밝혀낼 수 있다. 다이서로스 교수는 “뇌 기능을 밝혀내기 위한 유력한 도구가 될 것이다”라고 강조한다.

예를 들어, 어느 부위의 신경에 약이 작용되어야 하는지를 판별할 수 있다. 이 방법으로 “(마취에 사용되는) 코카인 중독 증상을 일으키는 신경 회로를 밝혀내 효과적인 치료법 연구도 시작되고 있다”라고 다이서로스 교수는 설명한다.

신경회로의 이상으로 발생하는 우울증과 치매 등의 질병은 근본적인 치료가 어려운 분야이기도 하다. 다이서로스 교수는 “광유전학은 뇌의 질병 치료에 기여할 수 있을 것이다”라고 전망하며 파키슨병을 예로 들었다.

파킨스병은 신경 전달물질인 도파민을 만들어내는 신경이 죽어버리면 발병한다. 빛을 비추면 도파민을 많이 만들어내고 빛을 끄면 만들어내지 않는 세포를 실험 동물에게 이식해 주변 신경회로의 변화를 조사할 수 있다. “파킨슨병이 진행되는 구조를 밝혀내 치료법 개발에 활용할 수 있을 것이다”라고 다이서로스 교수는 보고 있다.

그가 광유전학 연구를 시작한 계기는 2004년. “각각의 신경세포가 활동하고 있는 모습을 조사할 방법이 없으니 이를 해결할 방법을 개발하자”라고 생각해 빛을 느끼면 움직이는 조류단백질을 동물의 신경세포에 도입하는 전략을 세우게 된다. 다이서로스 교수는 “실패할 가능성이 높다는 것을 알았지만 정말로 필요로 하는 기술이라는 것도 알고 있었다”라고 설명했다.

2005년에 최초의 논문을 발표했지만 기술은 아직 완성하지 못해 “이 방법은 살아있는 생물에는 활용되기 어렵다 라는 비난을 받았다”. 개량한 단백질을 신경세포에 도입하는 방법을 확립. 쥐의 뇌 표면에 광섬유를 가까이 대 “빛을 켜면 움직이고 빛을 끄면 멈추는 실험을 2007년에 성공했다”라고 말한다.

다이서로스 교수의 연구실에는 생물과 물리, 전자공학 등 다양한 분야의 연구자들이 모여들고 있다고 한다. 다이서로스 교수는 “처음에는 전문용어가 통하지 않아 의견 충돌도 있다. 내가 통역자가 되어 의견들을 정리해 연구를 추진하면 흥미로운 성과가 나오곤 한다”라며 연구실 운영에 힘쓰고 있다는 점을 강조했다.

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