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[바이오토픽] 이번 주 Science 커버스토리: 초파리의 뇌(腦)를 클로즈업하다.
생명과학 양병찬 (2019-01-18)

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Nanoscaling Imaging: A close-up view inside the fly brain

A three-dimensional micrograph, color coded by depth, of neurons at the ellipsoid body in the brain of a fruit fly(Drosophila melanogaster), extracted from a much larger dataset encompassing the entire brain. Combining expansion microscopy with lattice light-sheet microscopy enables rapid fluorescence imaging of neural circuits and their molecular constituents over millimeter dimensions with nanoscale resolution.

만약 초파리의 뇌(腦)를 자세히 들여다보고 싶다면, 무지막지한 클로즈업이 필요할 것이다. 과학자들은 지금껏 팽창현미경(expansion microscopy; 참고 1)이라는 기법을 이용하여 그 일을 해내려고 시도해 왔다.

팽창현미경이란 관심있는 뉴런에 표지(label)를 붙인 다음, 엄청나게 가느다란 '덩굴손'을 추적하여 연결관계를 도표로 만드는 것을 의미한다. 그러나 그러려면 뇌조직 하나에 젤(gel)을 불어넣은 후 디테일이 확장되도록 부풀려야 하므로, 그 조직을 촬영할 때까지 엄청난 시간이 필요하다. 게다가 전자현미경의 빔(beam)이 두꺼운 샘플의 각 부분들을 꼭대기에서부터 밑바닥까지 촬영하는 동안, 식별용 단백질에 부착된 형광태그(fluorescent tag)가 타버리므로, 샘플의 깊숙한 부분들은 완전히 새까맣게 돼 버린다.

새로운 연구에서, 과학자들은 문제를 해결하는 방안을 제시했다. 그것은 팽창과정을 격자광시트현미경(LLSM: lattice light-sheet microscope)이라는 장치와 결합하는 것이다. LLSM이란 초박광시트(ultrathin sheet of light)로 샘플을 휩쓸고 지나가는 장치를 말하는데, 다른 현미경보다 약한 빛으로 모든 영역에 오랫동안 머물 수 있다. 따라서 형광이 타버릴 가능성이 낮아, 이미지지가 흐려질 우려가 없다.

이는 날카롭고 복잡한 디테일(예: 생쥐의 뉴런에 있는 수상돌기 가시)을 선명하게 드러낼 수 있음을 의미한다(아래 그림 참고). 그리고 하나의 평면을 - 여러 개의 지점으로 나누지 않고 - 단번에 포착할 수 있으므로, 초파리의 뇌 전체를 62.5시간 만에 촬영할 수 있다. 이는 지금껏 그런 고해상도 촬영에 사용됐던 현미경 중 가장 빠른 것보다 무려 일곱 배 빠르다고 한다.

이상은 2019년 1월 17일 《Science》에 실린 논문의 내용이다(참고 2) 정교한 계산도구를 이용하여 수천 개의 3D 절편(section)들을 한땀 한땀 이어붙임으로써, 연구진은 뇌의 커다란 부분을 포착한 다음 고해상도로 줌인(zoom in)했다. 동영상을 감상해 보시라.

이번 연구에 사용된 접근방법은 '뇌 전체에서 상호작용하는 뉴런들의 회로가 특정 행동을 추동하는 메커니즘'을 연구하고, 그 회로가 개인별·성별·발달단계별로 다른 이유를 해명하는 데 기여할 것으로 보인다.

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※ 참고문헌
1. https://www.sciencemag.org/news/2017/04/blowing-brain-tissue-20-times-its-size-scientists-see-unprecedented-details
2. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aau8302

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2019/01/microscope-captures-intricate-images-glowing-brains-record-speed

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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