빛으로 식욕 스위치도 켜고 끌 수 있다?
원본 영상: 빛으로 식욕 스위치도 켜고 끌 수 있다? (서울대학교 김성연 교수)
채널: 안될과학 Unrealscience
원하는 세포에 빛으로 작동하는 스위치를 달다
빛을 켜자 먹이를 먹기 시작하고, 신경세포를 억제하자 물을 마시던 행동이 멈춘다. 영상은 이러한 실험을 통해 광유전학이 신경세포의 활동과 행동의 관계를 어떻게 연구하는지 소개한다.
대담에 출연한 김 교수는 광유전학을 원하는 세포에 빛으로 켜고 끄는 스위치를 다는 기술로 설명한다. 빛을 이용해 세포의 활동에 개입하고, 그에 따라 어떤 변화가 나타나는지 살펴보는 것이다.
김 교수는 광유전학의 탄생 시점을 2005년으로 설명하며, 2007년 무렵에는 초기 응용 연구들이 나왔다고 말한다. 영상은 세포의 활동을 켜는 사례뿐 아니라, 억제해 행동을 멈추는 사례도 함께 소개한다.
빛으로 움직임을 멈추고, 통로를 열다
꼬마선충 실험에서는 헤엄치던 개체에 노란빛을 비추자 움직임이 갑자기 멈춘다. 빛 자극으로 활동을 억제했을 때 나타나는 변화를 보여주는 사례다.
빛이 세포에 작용하는 원리를 설명하면서 김 교수는 채널로돕신을 **“빛으로 열리는 문”**에 비유한다. 빛에 반응하는 단백질의 통로 기능이 세포 활동을 조절하는 도구로 이어지는 것이다.
이 도구의 바탕에는 빛에 반응하는 단백질의 정체를 찾으려는 연구가 있었다. 김 교수는 1991년 발표된 논문에서 중요한 단서가 나왔으며, 헤게만 교수가 해당 단백질을 찾는 데 15년을 보냈다고 설명한다. 영상은 광유전학의 배경을 오랜 탐구의 과정으로 소개한다.
28:29 - 직접적인 치료 적용에 필요한 빛과 유전자 전달
갈증과 식욕에 관여하는 신경세포
갈증을 다루는 대목에서는 신경세포의 억제와 행동의 중단이 연결된다. 김 교수는 목이 말라 물을 마시던 중에도 관련 뉴런을 억제하면 마시던 행동이 갑자기 멈출 수 있다고 설명한다.
식욕 사례에서는 빛 자극에 따라 먹는 행동이 달라진다. 진행자는 빛이 꺼져 있을 때는 먹지 않다가, 빛을 켜자 곧바로 먹기 시작하는 모습에 주목한다. 제목의 ‘식욕 스위치’는 이처럼 빛 자극과 먹는 행동이 연결되는 실험을 가리킨다.
두 사례를 함께 보면 광유전학으로 던지는 질문이 분명해진다. 특정 신경세포의 활동을 바꿨을 때 행동이 시작되는지, 또는 진행 중이던 행동이 멈추는지를 살펴보는 것이다.
편도체의 특정 회로를 자극했더니 불안이 줄어들었다
불안 연구에서 김 교수는 편도체 안의 회로를 자극했더니 불안이 오히려 감소한 것처럼 보이는 행동이 나타났다고 설명한다. 여기서 주목할 대상은 편도체 전체가 아니라 그 안의 특정 회로다.
30:17 - 정교한 빛 자극으로 신경 활동의 순서를 재현하는 연구 목표
이 사례는 뇌의 한 영역을 하나의 기능으로만 설명하기보다, 내부 회로에 따라 어떤 차이가 나타나는지 살펴볼 필요성을 보여준다. 김 교수는 이어 불안을 구성하는 세 가지 요소를 각각 독립적으로 바꿀 수 있다고 설명한다. 하나로 느껴지는 경험을 여러 요소로 나누어 연구하는 접근이다.
초록을 고치면서 연구의 질문도 커졌다
대담은 실험 도구에서 연구의 질문을 만드는 과정으로 이어진다. 김 교수는 연구 초안을 보내면 지도교수가 초록을 완전히 바꿔 돌려주곤 했다고 회상한다. 단편 에세이를 보냈는데 《삼국지》 같은 대하소설이 되어 돌아오는 듯한 경험이었다는 비유다.
“글만 바뀌는 게 아니라 내용이 바뀝니다.”
그가 강조하는 변화는 표현에만 있지 않았다. 초록이 바뀌면서 연구가 다루는 질문도 더 커졌다는 것이다. 글쓰기는 결과를 전달하는 작업이면서, 그 연구로 무엇을 묻고 있는지 다시 생각하는 계기이기도 했다.
새로운 기술이 새로운 질문을 만든다
영상에서 빛은 세포의 활동을 바꾸는 실험 수단으로 등장한다. 움직임을 멈추고, 먹거나 마시는 행동을 바꾸며, 불안과 관련된 회로의 역할을 살펴보는 사례들이 그 가능성을 보여준다.
김 교수는 마지막으로 기술이 발전하면 그 기술로 새롭게 할 수 있는 일들이 생긴다고 말한다. 대담을 관통하는 주제도 여기에 있다. 세포의 활동에 개입할 수 있는 도구가 생기면, 뇌와 행동에 던질 수 있는 질문도 달라진다.