​KIST 연구진, 뇌 정보전달 실시간 시각화 형광센서 ‘봉우리’ 개발

아주경제 김봉철 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)에서 뇌 신경세포가 작동할 때 일어나는 전기적 활동을 형광 영상으로 실시간 관찰할 수 있는 형광단백질 센서를 개발했다.

KIST는 8일 뇌과학연구소 브래들리 베이커 박사팀이 뇌 신경세포의 세포막에서 발현해 전압변화를 측정하고 이에 따라 형광을 내는 단백질 바이오센서 ‘봉우리’를 개발했다고 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 ‘신경과학 저널’(Journal of Neuroscience) 온라인판 7일자에 게재됐다.

베이커 박사는 2011년 미래창조과학부의 ‘세계적 수준의 연구센터 사업’(WCI)으로 유치한 해외 과학자로 KIST 책임연구원으로 재직 중이다.

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봉우리는 뇌 신경계가 활동할 때 신경세포에서 일어나는 전압 변화 등 전기적 활동을 시각적 신호로 전환해 형광으로 보여주는 센서다. 봉우리는 센서로 측정된 광학적 신호가 산봉우리 모양을 닮아서 붙여진 이름이다.

봉우리는 유전자를 주입하면 신경세포의 세포막에서 발현해 전압 변화를 측정하는 4가지 단백질(S1∼S4)과 측정된 전압변화에 따라 형광을 내는 단백질(SE A227D)로 구성돼 있다.

봉우리는 신경세포에서 일어나는 전기 변화인 활동전위(action potentials)를 8밀리초(밀리초=1000분의 1초) 단위로 빠르게 측정할 수 있어 반응시간이 40밀리초인 기존 형광단백질 센서보다 훨씬 정밀하게 신경세포 활동을 관찰할 수 있다.

연구진은 봉우리는 현재까지 개발된 단백질 센서 중 반응속도가 가장 빨라 뇌 활동을 실시간 형광 영상으로 볼 수 있을 뿐 아니라 뇌의 다양한 영역에서 일어나는 신경 활동 변화를 동시에 관찰할 수도 있다고 밝혔다.

또 봉우리를 사용하면 뇌가 실제로 기능할 때의 모습을 전체적으로 지도화할 수 있고 봉우리를 뇌에서 행동 조절과 관련된 부위에서 발현시키면 정상 뇌와 질병상태의 뇌 차이도 관찰할 수 있다고 설명했다.

베이커 박사는 “이 연구로 신경회로 하나 또는 수천 개를 한눈에 실시간으로 보고, 전에 볼 수 없었던 기능적 뇌 활성지도도 제작할 수 있게 됐다”면서 “머지않아 정상-비정상 뇌의 변화를 확인, 질병의 근본 원인을 파악하고 치료제를 개발하는 데에도 이용할 수 있을 것”이라고 말했다.