📌 먼치 POINT

1.GFP

• 해파리에서 추출한 녹색 형광 단백질

• 살아있는 생명체의 세포 내 활동을 눈으로 확인 가능

• 독성이 없어 다양한 분야에서 활용 가능

2.자연에서의 페로몬

• 곤충들에게는 살아가고 자손을 번식하는데 매우 근본적인 물질

• 멀리에 있어도 냄새를 통해 자손 번식 가능

• 식물은 암말벌이 만드는 페르몬을 생성

• 바이러스 또한 세포 암으로 들어가기 위해 페로몬을 이용

3.형광과 발광

• 형광은 높은 에너지의 빛을 되돌리는 것

• 발광은 에너지를 지니고 스스로 빛을 만드는 것

들어가기 전에

2008년 노벨상 위원회는 GFP를 발견하고 이를 응용할 수 있는 방법을 찾아낸 공로로 미 보스턴 대학의 시모무라 오사무 교수, 컬럼비아 대학 마틴 첼피 교수, 그리고 샌디에이고 캘리포니아 대학 로저첸 교수 등 3명에게 노벨 화학상을 수여했습니다. 여기서 GFP는 그린 플로리센트 프로틴, 우리말로 녹색 형광 단백질입니다.

1962년 일본의 해양생물학자인 시모무라 오사무가 해파리의 형광 물질을 연구하는 도중 처음 발견했습니다. 빛을 받으면 녹색 형광을 내는 해파리였던 것입니다. 형광이란 높은 에너지를 가진 자외선을 받아서 더 낮은 에너지의 가시광선으로 방출하는 것을 말합니다. 눈에 보이지 않는 자외선을 눈에 보이는 가시광선으로 변모시키는 마술인 것입니다.

빛을 한 번에 다 방출하는 것이 아니라 시차를 두고 계속적으로 방출합니다. 낮에 받은 빛을 밤까지 계속 방출할 수 있는 것입니다. 빛을 내는 특이한 단백질이라고 하지만 일개 해파리에서 얻은 녹색 형광 단백질 GFP가 노벨상 수상감이라는 것은 바로 GFP가 갖고 있는 막강한 응용 잠재력 때문이었습니다.

GFP가 과학 연구에 미친 혁신적 영향

GFP는 과학자들에게 살아있는 생명체의 세포 내 활동을 직접 눈으로 확인할 수 있게 해줍니다. GFP를 다른 생명체에 주입하면 해파리처럼 녹색의 빛을 낼 수 있기 때문입니다. 조사하고 싶은 유전자가 있다면 먼저 그 타깃 유전자에 GFP를 암호화하는 유전자 서열을 연결합니다. 그 유전자가 발현될 때 GFP가 함께 발현해서 빛을 비추면 형광을 방출한다는 원리입니다.

GFP는 특히 독성이 없기 때문에 다양한 분야에서 활용될 수 있다는 장점이 있습니다. 예를 들어 암을 연구하는 과학자가 암을 일으키는 특정 단백질의 유전자에 녹색 형광 단백질의 유전자를 끼워 넣어 실험용 생물재해 세포에 주입합니다. 이는 마치 암 단백질을 형광펜으로 표시한 것과 같습니다.

시간이 흐른 뒤 암이 얼마나 커지고 어떻게 전이되는지 등을 생물체를 해부할 필요 없이 실시간으로 확인할 수 있습니다. 빛을 비추면 암 단백질이 형광을 방출하기 때문입니다. 어느 과학자의 말대로 GFP는 21세기의 현미경입니다. 과학사에서 신기한 발견이 기발한 아이디어로 이어진 놀라운 예입니다.

페로몬: 생명체들의 은밀한 화학적 소통

페로몬은 주로 곤충을 대상으로 연구가 많이 되었는데, 수 킬로미터 밖에 있는 자기의 짝짓기 상대를 찾아갈 때 후각 정보를 이용해서 가는데 그때 뿜어내는 물질입니다. 곤충들에게는 살아가는 데 자손을 번식하는 데 매우 근본적인 물질이 됩니다.

포유류에서는 일반적인 냄새를 감지하는 기관 위에 성적 정보를 인지하는 기관이 따로 있습니다. 쥐를 갖고 실험한 논문들을 보면, 성욕이 왕성한 두 쥐를 선택해서 굉장히 좋아 지내고 있는 상황에서 수컷 쥐의 성적 정보를 인지하는 부분을 제거하고 넣어주면, 암컷 쥐가 왔다 갔다 하는데도 수컷이 완전히 수도승이 되어 쳐다보지도 않는 결과를 보입니다.

북극곰 같은 경우에 허허벌판에서 단독 생활을 하지만 새끼도 낳고 살 수 있는 것은 눈으로 자기 짝짓기 상대를 찾을 수가 없는 눈 쌓인 허허벌판에서 냄새를 맡고 멀리 있는 상대방을 찾아가서 교미를 해서 자기 자손을 번식하기 때문입니다. 이것도 모두 페로몬의 역할로 이해하고 있습니다.

인간도 페로몬의 영향을 받을까?

사람에게는 페로몬이 정확하게 알려져 있지는 않지만 페로몬 향수라고 하여 현재 상품화된 것들이 있습니다. 샌프란시스코 대학교의 한 연구팀에서 이 페로몬 향수가 진짜 사람들에게 어떤 성적 흥분을 줄 수 있는지 조사를 해본 연구가 있습니다.
80명의 남녀를 선별해서 향수를 주고 2주 동안 평상 생활을 하면서 이성과의 어떤 스킨십을 체크했을 때 한 76% 정도가 향상되었다는 보고가 있었습니다. 이는 페로몬이 인간에게도 어느 정도 영향을 미칠 수 있음을 시사하는 흥미로운 결과입니다.

자연계의 속임수

페로몬과 관련된 흥미로운 현상 중 하나는 말벌과 식물 간의 속임수입니다. 어떤 식물이 암말벌 모습을 하고 있을 뿐만 아니라 암말벌이 만드는 페로몬을 식물이 만들어서 뿜어냅니다. 수말벌이 이 식물을 자기의 짝짓기 상대로 착각하고 찾아가서 사생결단을 하고 매달리는 웃지 못할 이야기입니다.

페로몬은 그렇게 큰 분자가 아니라서 실험실에서 유기 합성이 가능합니다. 실험실에서 화학 반응을 일으켜서 페로몬을 만들 수 있습니다. 밭을 경작할 때 생산물을 많이 수확해야 하는데 해충들이 와서 많이 먹는 문제를 해결하기 위해 해충을 방지하는 작업으로 페로몬을 만들어서 뿌립니다.

해충들이 헤매게 되어 자기 짝을 찾지 못하고 헤매다가 교미도 못하고 죽어서 새끼를 못 낳게 됩니다. 또는 페로몬으로 유인해서 잡아서 없애는 방법으로 농산물의 수확성을 올리는 연구들도 되어 있습니다.

바이러스의 교묘한 침입 전략

생물들 사이에서는 서로 속이고 속는 것이 굉장히 많습니다. 이 속임수를 통해서 자기의 자손을 번성시키거나 자기의 이득을 취하기 위해서 하는 것들이 많습니다. 특히 바이러스가 이런 속임수를 많이 씁니다.

바이러스가 감염되기 위해서는 우리 몸 안에 들어가서 세포 안쪽에 들어가서 감염을 시켜야 됩니다. 우리 세포는 이중 지질막을 갖고 있어서 세포막이 굉장히 견고합니다. 세포벽이 견고하기 때문에 우리가 보호가 되지만 원하는 어떤 물질들을 커다란 물질들을 안으로 들여보내려면 쉽지 않습니다.

바이러스는 우리 세포에 있는 수용체와 결합할 수 있는, 우리가 받아들여야겠다고 생각할 수 있도록 그 성분을 속여서 바이러스 막에 있는 성분을 만듭니다. 인간의 세포가 갖고 있는 수용체와 결합함으로써 이 바이러스를 우리 안으로 끌어들여야겠다는 생각을 세포들에게 하게 하는 것입니다.

이런 바이러스의 방법을 반대로 이용하면 새로운 약물을 만드는데 활용할 수 있습니다. 약물을 그냥 넣어서는 굉장히 잘 전달이 안 되는데, 약물 전달체를 만들 때 이런 바이러스가 했던 방법을 이용하면 우리가 원하는 세포에 약물을 효율적으로 전달할 수 있습니다.

형광과 발광

해파리에서 나오는 것은 형광입니다. 형광이란 자외선이라는 눈에 보이지 않는 굉장히 높은 에너지의 빛을 받아서 더 낮은 에너지로 만들어서 눈에 보이게 만드는 것입니다. 발광은 에너지를 가지고 빛을 자기가 만들어내는 것입니다. 형광은 빛을 만드는 것이 아니라 받은 것을 되돌려 보내서 보이게 만드는 것이고, 발광은 자기가 만들어내는 것입니다.

야광시계를 보면 밤에 불을 꺼도 훤하게 보이는데, 그것은 발광하는 것이 아니라 형광입니다. 자외선을 받아서 그것을 보이게 만드는데 내뿜는 시간이 굉장히 늦습니다. 낮에 받았던 자외선을 불을 끈 밤에도 계속 내보내기 때문에 마치 빛이 없는 밤에도 빛을 내는 것 같이 보입니다.

반딧불이나 다른 어류에서도 발광이 일어나는데 이를 생물발광이라고 합니다. 생물발광은 기본적으로 효소를 사용하는 산화 반응입니다. 효소적으로 산화 반응을 통해서 빛을 실제적으로 생성시킵니다. 그 빛이 우리가 보통 생각하는 빛과 달리 열이 없는 참빛입니다. 그래서 냉광이라 부르고, 많은 생명체들이 이런 냉광을 만들 수 있는 메커니즘을 갖고 있습니다.

바이오아트의 새로운 영역

형광이든 냉광이든 이런 것들은 보통 우리가 눈으로 쉽게 볼 수 있기 때문에 어떤 이미징이나 센서 쪽에 활용할 수 있습니다. 특히 해파리의 형광은 세포 안에서 일어나는 현상을 알아보려고 할 때 세포를 파괴하지 않고, 동물인 경우에 동물도 죽이지 않고도 그 안에서 일어나는 현상을 볼 수 있다는 굉장한 특징을 갖고 있습니다.

최근에는 이런 것들을 이용해서 미술 쪽에도 많이 활용하려고 합니다. 바이오테크놀로지와 미술 예술이 같이 결합하는 융합 분야를 바이오아트라고 부르는데, 특히 이런 형광이나 발광을 이용하는 것들이 최근에 많이 이용되고 있습니다.

토끼가 형광을 띠게 하도록 형광 단백질을 넣어서 유전공학적으로 몸에서 모두 형광을 띠게 하는 것이 하나의 예술 작품이 됩니다. 또한 발광을 할 수 있는 미생물을 이용해서 그것들을 자라게 하고, 그것들이 발광이 실제적으로 되면 색깔을 빛을 띠게 해서 색을 보일 수 있는 것도 하나의 예술 작품이 될 수 있습니다.

마무리하며

형광 단백질을 발견해서 노벨상까지 받은 일본 과학자는 이렇게 유용하게 잘 이용될지는 몰랐습니다. 그분이 자라난 곳이 바닷가였기 때문에 맨날 바닷가에 나가서 놀다 보니까 해파리도 있고 신기하게 빛도 나는 것을 보고 순전한 호기심으로 연구를 하게 된 것입니다.

그것이 이렇게 가치가 있는 것인지는 잘 몰랐는데 사람들이 활용하기 시작했습니다. 단백질이 눈에 보이지 않는데 그것을 붙이면 눈에 보이게 되는 것입니다. 관심 있는 단백질과 붙이면 관심 있는 단백질이 어디로 가는지도 눈에 보이고 이것이 많은지 적은지도 눈에 보이게 됩니다.

전 세계 바이오 단백질 연구하는 사람들이 너도나도 갖다 써서 갑자기 중요한 응용 예가 된 것입니다. 가치가 인정받아서 노벨상도 받게 되는 것입니다. 이는 순수한 호기심에서 시작된 기초 과학 연구가 얼마나 큰 가치를 창출할 수 있는지를 보여주는 훌륭한 사례입니다.

Created by 카오스 사이언스
CC BY 라이선스 | 교정 SENTENCIFY | 에디터 하윤아