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[바이오토픽] 고글 없이 적외선을 볼 수 있는 슈퍼생쥐 탄생
생명과학 양병찬 (2019-03-04 09:24)

나노입자가 눈의 광수용체에 결합하여, 적외선을 가시광선으로 만든다.

고글 없이 적외선을 볼 수 있는 슈퍼생쥐 탄생

과학자들은 (인간을 비롯한 포유동물이 통상적으로 볼 수 없는) 적외선을 볼 수 있는 슈퍼생쥐를 만들었다.

그들은 그렇게 하기 위해 생쥐의 눈에 나노입자를 주입했는데, 이 나노입자는 적외선을 가시광선 파장으로 전환시킨다(참고 1).

적외선은 적색광보다 약간 긴 700나노미터~1밀리미터의 파장을 갖고 있는데, 인간과 생쥐는 - 다른 포유동물과 마찬가지로 - 적외선을 볼 수 없다.

그러나 중국 안후이성(安徽省) 허페이(合肥) 소재 중국과기대학(中国科技大学)의 쉬에 티앤(薛 天; 신경과학)가 이끄는 연구진은 적외선 파장을 가시광선으로 전환시키는 나노입자를 개발했다. 이 나노입자는 약 980나노미터의 파장을 가진 광자(photon)를 흡수하여, 그보다 짧은 파장(약 535나노미터)의 광자(녹색광에 해당함)를 방출한다.

쉬에(薛)가 이끄는 연구진은 그 나노입자를 (광수용체에 결합하는) 단백질에 부착한 다음, 생쥐의 눈에 주입했다. 광수용체(photoreceptor)란 빛을 전기 자극으로 전환시키는 망막세포다.

나노입자는 광수용체에 성공적으로 결합했고, 광수용체는 적외선에 반응하여 전기신호를 생산함으로써 뇌의 시각처리영역(visual-processing area)을 활성화시키는 것으로 나타났다.

야간시력 게임

연구진은 생쥐가 정말로 적외선을 탐지하여 반응하는지 알아보기 위해 실험을 해봤다.

첫 번째 실험에서, 그들은 생쥐에게 '어두운 박스'와 '적외선이 비치는 박스' 중 하나를 선택하게 했다. 야행성인 생쥐는 통상적으로 어두운 박스를 안전하게 여기고 그 속으로 들어간다. 평범한 생쥐는 두 개의 박스 사이에서 아무런 선호도 차이를 보이지 않았다. 그도 그럴 것이, 적외선을 볼 수 없기 때문이다. 그러나 변형된 생쥐(나노입자를 주입받은 생쥐)는 어두운 박스를 선호하는 것으로 나타났다.

두 번째 실험에서, 연구진은 두 종류의 생쥐에게 녹색광을 전기충격과 연관시키도록 훈련시켰다. 그랬더니 변형된 생쥐는 적외선이 켜져 있는 상태에서 공포감을 느끼는 것으로 나타났다.

마지막으로, 연구진은 생쥐들을 수중 미로(water maze)에 넣었다. 미로에는 두 개의 통로가 있었는데, 그중 하나만 생쥐를 건조한 피난처로 인도했다. 평범한 쥐는 안전한 통로에 가시광선이 비칠 때만 피난처를 찾아 들어갔지만, 변형된 생쥐는 - 가시광선이 됐든 적외선이 됐든 상관없이 - 안전한 통로를 이용하는 것으로 나타났다.

"우리 눈에 안 보이는 빛을 비쳐줬는데도, 생쥐는 안전한 통로를 정확히 선택했다. 우린 소름이 오싹 돋았다"라고 쉬에는 말했다.

인간도 가능할까?

다른 연구팀들도 설치류에게 적외선을 보게 하려고 노력해 왔다. 듀크 대학교의 에릭 톰슨(신경과학)은 시궁쥐에게 (뇌에 직접 연결된) 네 개의 센서를 통해 적외선을 탐지하게 하는 시스템을 개발했다(참고 2). 그러나 톰슨에 의하면, 소수의 센서는 빛의 위치를 파악하는 데 필요한 시각정보를 제공할 뿐이었다고 한다.

"이번 연구의 흥미로운 점은, 생쥐들이 실제적인 이미지 정보를 얻을 수 있음을 보여줬다는 것이다"라고 톰슨은 말했다.

쉬에는 자신이 개발한 기법이 많은 분야에 응용될 수 있다고 생각한다. "예컨대, 적외선을 볼 수 있으면, 사람과 물체가 방출하거나 반사하는 적외선 파장을 감지함으로써 초인적 야간시력을 발휘할 수 있다. 이는 군사작전이나 경비업무 등에 유용하다"라고 그는 말했다.

또한 그는 나노입자에 (눈 속에서 나중에 방출되는) 약물을 적재할 수도 있을 거라고 생각하고 있다. 그러나 그 방법을 인간에게 적용하려면, 그에 앞서 많은 문제(예: 안전성)를 해결해야 한다.

"예를 들면, 우리가 개발한 나노입자에는 중금속이 들어있어, 규제당국이 인간용으로 승인하지 않을 가능성이 높다. 그래서 우리는 유기적 버전(organic version)을 개발하고 있다"라고 쉬에는 말했다.

그러나 모든 전문가들이 이 기법을 이용하여 인간의 시력을 향상시킬 수 있다는 데 동의하는 것은 아니다.

인간의 시각시스템은 수백만 년에 걸쳐 전자기시스템의 고도로 특이적인 부분에 민감하도록 진화했다"라고 유니버시티 칼리지 런던의 글렌 제퍼리(시각신경과학)는 말했다. "망막은 적외선을 감지하는 데 사용되지 않는다. 만약 망막이 적외선을 감지할 경우, 뇌가 적외선 이미지를 어떻게 해석할 것인지는 불확실하다. 예를 들면 환경이 훨씬 더 밝아지고, 이미지가 매우 강렬하여 감당하기 힘들 수도 있다."

"이번 연구는 기술적으로 인상적이지만, 그 기법의 영향력은 불확실하다. 나는 이 세상에서 적외선을 보고 싶어 하는 사람 중 맨 마지막 사람이다"라고 그는 말했다.

※ 참고문헌
1. Ma, Y. et al. Cell (2019); http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2019.01.038
2. Hartmann, K. et al. J. Neurosci. 36, 2406–2424 (2016); https://doi.org/10.1523%2FJNEUROSCI.3285-15.2016

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-00735-4

 

오늘도 우리 몸은 싸우고 있다

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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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