빛으로 신경세포의 활동을 정밀하게 조절하는 ‘광유전학’의 발전을 이끈 과학자 3명이 2026년 노벨 생리의학상 수상자로 선정됐다. 살아 있는 뇌에서 특정 신경세포의 기능을 직접 확인할 수 있도록 연구의 길을 연 공로를 인정받았다.
스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨위원회는 5일(현지시간) 칼 다이서로스 미국 스탠퍼드대 교수, 피터 헤게만 독일 베를린 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수를 공동 수상자로 발표했다.
세 연구자의 성과는 빛에 반응하는 단백질을 찾아내고, 이를 신경세포의 활동을 조절하는 도구로 발전시킨 데 있다. 빛과 유전학을 결합한 이 기술은 뇌의 복잡한 신경회로를 연구하는 데 활용되고 있다.
위원회는 이들의 발견이 개별 신경세포를 선택적으로 활성화하거나 억제하는 연구로 이어졌다며 “신경과학의 새로운 시대를 위한 토대를 마련했다”고 평가했다.
◈ 빛을 따라 움직이는 조류에서 찾은 실마리
연구의 출발점은 단세포 조류인 클라미도모나스였다. 헤게만은 이 생물이 빛을 감지하고 그 방향으로 헤엄치는 원리에 주목했다. 헤게만과 나겔은 2000년대 초 조류의 세포 표면에서 빛에 반응하는 단백질 ‘채널로돕신’을 발견했다.
채널로돕신은 파란빛을 받으면 세포막에 있는 통로를 열어 전하를 띤 이온이 세포 안으로 들어오게 한다. 이때 세포의 전기적 상태가 변한다. 빛이 세포의 활동에 영향을 미치는 원리를 확인한 것이다.
두 연구자는 이 단백질을 다른 세포에 도입했을 때도 빛에 반응하도록 만들 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 조류에서 확인한 특성을 다른 세포에서도 구현하면서, 빛으로 세포의 활동을 제어할 가능성을 열었다.
다이서로스는 이 발견을 신경세포 연구에 적용했다. 채널로돕신 유전자를 쥐의 신경세포에 넣고 파란빛을 비춰 신호를 발생시키는 데 성공했으며, 2005년 연구 결과를 발표했다. 채널로돕신을 신경세포의 ‘광제어 스위치’로 활용한 것이다.
이어 2007년에는 살아 있는 생쥐의 뇌에서도 이 스위치가 작동하도록 했다. 이러한 연구를 바탕으로 과학자들은 살아 있는 동물의 특정 신경세포 활동을 조절하며 뇌의 기능을 살펴볼 수 있게 됐다.
◈ 기억·감정·행동의 신경회로 규명에 활용
광유전학의 특징은 연구 대상인 신경세포를 선택해 정밀하게 조절할 수 있다는 점이다. 기존의 전기 자극 방식보다 특정 세포를 겨냥하기 쉬워, 신경세포의 활동과 뇌 기능 사이의 관계를 연구하는 방법에 변화를 가져왔다.
연구자들은 특정 신경세포를 활성화하거나 억제한 뒤 나타나는 변화를 관찰해 해당 세포의 역할을 확인한다. 이를 통해 기억과 감정, 행동에 관여하는 신경회로를 찾고, 신경학적·정신과적 장애와의 연관성을 살펴볼 수 있다.
활용 범위는 기초적인 뇌 연구에서 임상 연구로 넓어지고 있다. 시각 장애가 있는 사람의 시력을 회복시키기 위해 빛에 반응하는 단백질을 활용하는 연구도 진행되고 있다.
위원회는 “광유전학은 뇌에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿔놓았다”며 새로운 발견들이 뇌의 작동 원리를 밝히는 데 도움을 주고 있다고 설명했다.
올해 노벨상 수상자 발표는 생리의학상을 시작으로 6일 물리학상, 7일 화학상, 8일 문학상으로 이어진다. 평화상은 9일, 경제학상은 12일 발표될 예정이다. 수상자에게 메달과 증서를 전달하는 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 열린다.