빛으로 세포 제어하는 광유전학기술 개발 한국과학기술원 허원도 교수 과학기술인상 수상 겨우내 웅크렸던 식물이 봄볕에 움트며 생명의 힘을 과시하는 4월. 한국과학기술원 생명과학과 허원도 교수 연구실도 봄기운이 가득하다. 허원도 교수는 광유전학 기술을 바탕으로 인간 뇌의 신경세포에서 일어나는 현상을 시각화하고 제어할 수 있는 연구를 진행 중이다. 허원도 교수가 진핸중인 광유전학은 식물이 빛을 받아서 싹이 트고 꽃을 피우는데 필수적인 식물광수용 단백질들, 그리고 동물 세포에서 주요기능을 수행하는 다양한 단백질을 융합해 인간 세포의 기능을 빛으로 원격 제어하는 기술이다. 미래창조과학부(이하 미래부)와 한국연구재단(이하 연구재단)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 한국과학기술원 생명과학과 허원도 교수(기초과학연구원 그룹리더)를 선정했다고 밝혔다. 미래부와 연구재단은 허원도 교수가 빛으로 생체 내 세포 기능을 제어하는 광유전학 원천기술을 개발해 수술이나 약물투여 없이 레이저나 LED 빛을 쏘아 알츠하이머, 암 등 칼슘이온 관련 질환의 발병원인을 밝히고, 차세대 광유전학 기술들을 개발해 새로운 생물학 연구방법을 제시한 공로가 높이 인정돼 이달의 과학기술인상 수상자에 선정됐다고 설명했다. 현재, 빛으로 생체 조직의 세포들을 조절하는 광유전학은 신경세포를 단순하게 활성화 또는 비활성화시키는 기술들이 일반적이다. 허원도 교수는 칼슘이온채널 활성화 기술(OptoSTIM1)을 개발해 빛을 이용해 생체 내 칼슘이온을 활성화시킬 뿐만 아니라, 빛으로 칼슘농도를 올렸을 때 생쥐의 기억력이 2배로 향상된다는 것을 세계 최초로 보여줬다. 이 기술로 빛의 강도와 노출 시간에 따라 원하는 만큼 칼슘이온을 유입시키고 잔류 시간도 조절할 수 있어, 단일세포나 살아있는 동물조직에서 다양한 세포들의 기능을 원격조정할 수 있게 된다. 실험 결과, 칼슘이온의 영향을 받는 세포들 중 정상세포, 암세포, 인간 배아 줄기세포 등에 빛을 쐈을 때 칼슘이온 유입이 활성화되는 것이 확인됐다. 빛으로 칼슘이온의 농도를 제어함으로써 세포 성장, 신경물질 전달, 근육 수축, 호르몬 조절 등 생명현상의 조절이 가능해진 것이다. 허원도 교수는 “그동안 채널로돕신을 이용해 신경세포를 활성화하는 광유전학이 일반적이었는데, 칼슘이온채널 활성화를 통한 새로운 광유전학 기술 개발로 다양한 생물학 연구뿐만 아니라 신경생물학 연구에서 필수적인 연구기법으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다. 한편 허 교수는 2000년대 후반, 당시 세계적으로도 생소했던 광유전학 분야의 연구토양을 국내에서 개척한 토종과학자다. 초기 연구분야인 식물생물학, 세포생물학, 생화학, 뇌과학의 경계를 넘나들며 학제 간 융합과 소통을 통해 생명현상의 본질을 찾고 있다. 바이오이미징 기술과 광유전학을 뇌 과학 연구에 적용해 인류의 뇌 질환 극복에 기여하겠다는 것이 그의 궁극적인 목표. 이러한 꿈을 실현하기 위해 항상 즐겁고 긍정적인 마음으로 연구실을 지키고 있다.

빛으로 세포 제어하는 광유전학기술 개발

한국과학기술원 허원도 교수 과학기술인상 수상

기사입력 2017-04-06 15:08:02

[산업일보]

겨우내 웅크렸던 식물이 봄볕에 움트며 생명의 힘을 과시하는 4월. 한국과학기술원 생명과학과 허원도 교수 연구실도 봄기운이 가득하다. 허원도 교수는 광유전학 기술을 바탕으로 인간 뇌의 신경세포에서 일어나는 현상을 시각화하고 제어할 수 있는 연구를 진행 중이다. 허원도 교수가 진핸중인 광유전학은 식물이 빛을 받아서 싹이 트고 꽃을 피우는데 필수적인 식물광수용 단백질들, 그리고 동물 세포에서 주요기능을 수행하는 다양한 단백질을 융합해 인간 세포의 기능을 빛으로 원격 제어하는 기술이다.

(上)칼슘이온채널활성화(OptoSTIM1) 광유전학기술 설명도 (下)광유도 칼슘이온채널활성화 기술 인간배아줄기세포 및 제브라피쉬에 적용

미래창조과학부(이하 미래부)와 한국연구재단(이하 연구재단)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 한국과학기술원 생명과학과 허원도 교수(기초과학연구원 그룹리더)를 선정했다고 밝혔다.

미래부와 연구재단은 허원도 교수가 빛으로 생체 내 세포 기능을 제어하는 광유전학 원천기술을 개발해 수술이나 약물투여 없이 레이저나 LED 빛을 쏘아 알츠하이머, 암 등 칼슘이온 관련 질환의 발병원인을 밝히고, 차세대 광유전학 기술들을 개발해 새로운 생물학 연구방법을 제시한 공로가 높이 인정돼 이달의 과학기술인상 수상자에 선정됐다고 설명했다.

현재, 빛으로 생체 조직의 세포들을 조절하는 광유전학은 신경세포를 단순하게 활성화 또는 비활성화시키는 기술들이 일반적이다. 허원도 교수는 칼슘이온채널 활성화 기술(OptoSTIM1)을 개발해 빛을 이용해 생체 내 칼슘이온을 활성화시킬 뿐만 아니라, 빛으로 칼슘농도를 올렸을 때 생쥐의 기억력이 2배로 향상된다는 것을 세계 최초로 보여줬다.

이 기술로 빛의 강도와 노출 시간에 따라 원하는 만큼 칼슘이온을 유입시키고 잔류 시간도 조절할 수 있어, 단일세포나 살아있는 동물조직에서 다양한 세포들의 기능을 원격조정할 수 있게 된다.

실험 결과, 칼슘이온의 영향을 받는 세포들 중 정상세포, 암세포, 인간 배아 줄기세포 등에 빛을 쐈을 때 칼슘이온 유입이 활성화되는 것이 확인됐다. 빛으로 칼슘이온의 농도를 제어함으로써 세포 성장, 신경물질 전달, 근육 수축, 호르몬 조절 등 생명현상의 조절이 가능해진 것이다.

허원도 교수는 “그동안 채널로돕신을 이용해 신경세포를 활성화하는 광유전학이 일반적이었는데, 칼슘이온채널 활성화를 통한 새로운 광유전학 기술 개발로 다양한 생물학 연구뿐만 아니라 신경생물학 연구에서 필수적인 연구기법으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

한편 허 교수는 2000년대 후반, 당시 세계적으로도 생소했던 광유전학 분야의 연구토양을 국내에서 개척한 토종과학자다. 초기 연구분야인 식물생물학, 세포생물학, 생화학, 뇌과학의 경계를 넘나들며 학제 간 융합과 소통을 통해 생명현상의 본질을 찾고 있다. 바이오이미징 기술과 광유전학을 뇌 과학 연구에 적용해 인류의 뇌 질환 극복에 기여하겠다는 것이 그의 궁극적인 목표. 이러한 꿈을 실현하기 위해 항상 즐겁고 긍정적인 마음으로 연구실을 지키고 있다.

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김인환 기자 kih2711@kidd.co.kr

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