어두운 바다에서 시작된 작은 빛
여러분, 병원이나 연구실에서 암세포가 퍼지는 모습을 눈으로 직접 볼 수 있다면 어떨까요. 지금은 당연한 기술처럼 쓰이지만, 이 기술은 사실 북미 서부 바닷가에 사는 작은 해파리에서 시작됐어요. 몸에서 초록빛을 내는 이 해파리가, 20세기 후반 생명과학 연구의 풍경을 통째로 바꿔놓았습니다. 오늘은 해파리의 초록빛 단백질이 어떻게 노벨상으로 이어졌는지, 바다에서 시작된 과학 이야기를 함께 알아볼게요.
해파리를 수십만 마리 모은 일본 과학자
이야기는 1960년대 미국 워싱턴주의 한 바닷가 마을 프라이데이 하버(Friday Harbor)에서 시작돼요.
일본 출신 화학자 시모무라 오사무(Osamu Shimomura) 박사는, 이 지역 바다에 사는 '에쿠오레아 빅토리아(Aequorea victoria)'라는 해파리가 왜 빛을 내는지 궁금했어요.
이 해파리는 몸 가장자리가 은은하게 빛나는 것으로 알려져 있었습니다.
노벨재단 자료에 따르면, 시모무라 박사는 여름마다 이 해파리를 수십만 마리 단위로 채집해서 빛의 정체를 분리하는 작업을 이어갔다고 해요.
그 과정에서 그는 두 가지 단백질을 발견했어요.
하나는 칼슘과 만나면 푸른빛을 내는 '에쿠오린(aequorin)'이고, 다른 하나는 그 푸른빛을 받아서 초록빛으로 바꿔 내보내는 '녹색 형광 단백질(GFP, Green Fluorescent Protein)'이었습니다.
쉽게 비유하면, 에쿠오린은 푸른 전구고 GFP는 그 앞에 씌운 초록색 필터 같은 역할이에요.
해파리는 이 두 단백질의 합작으로 은은한 초록빛을 내는 거였죠.
흥미롭게도 GFP는 처음 발견됐을 때만 해도 해파리의 발광 방식을 설명하는 흥미로운 사례일 뿐, 과학계를 뒤흔들 도구가 되리라고는 거의 아무도 예상하지 못했다고 해요.
① 설명: 초록빛으로 형광을 내는 해파리와 GFP를 단 세포 현미경 사진
② 추천 검색어: "GFP jellyfish glowing cells fluorescence" / "GFP 해파리 형광 세포"
빛나는 꼬리표가 된 단백질
GFP가 진짜 혁명이 된 건 1990년대에 들어서예요.
미국의 생물학자 마틴 챌피(Martin Chalfie)는 GFP의 유전자를 다른 생물에 넣어도 똑같이 초록빛이 나는지 실험했어요.
1994년, 그는 작은 선충(C. elegans)의 세포에 GFP 유전자를 넣었고, 그 세포가 해파리와 상관없이 초록빛으로 빛나는 모습을 확인했습니다.
이 실험은 GFP가 다른 생물 안에서도 아무 도움 없이 혼자 빛을 낼 수 있다는 걸 증명한 결정적 장면이었어요.
이후 미국의 화학자 로저 첸(Roger Tsien)은 GFP를 개량해서 파랑, 노랑, 빨강 등 다양한 색으로 빛나는 변형 단백질을 만들어냈어요.
이 덕분에 한 세포 안에서 여러 단백질을 서로 다른 색으로 동시에 추적할 수 있게 됐습니다.
이 세 사람은 이 공로로 2008년 노벨 화학상을 공동으로 수상했어요.
노벨재단은 GFP가 살아있는 세포 안에서 어떤 단백질이 어디에서 무슨 일을 하는지를 직접 눈으로 볼 수 있게 만든 도구라고 평가했습니다.
지금도 병원과 연구실에서 쓰이는 바다의 빛
GFP는 이제 생명과학 연구 현장에서 일상적인 도구가 됐어요.
연구자들은 암세포에 GFP 유전자를 붙여서, 암이 몸속 어디로 퍼지는지 실시간으로 추적해요.
신경세포 하나하나를 서로 다른 색으로 빛나게 만들어서 뇌 속 신경망의 지도를 그리는 연구도 이뤄지고 있습니다.
알츠하이머 같은 신경 질환의 원인 단백질이 세포 안에서 어떻게 쌓이는지 관찰하는 데에도 활용돼요.
바이러스가 세포를 감염시키는 과정, 세균이 항생제에 반응하는 모습, 식물이 환경에 적응하는 방식까지, 거의 모든 생명과학 분야에서 GFP가 쓰이고 있다고 미국 국립보건원(NIH)은 설명하고 있어요.
우리 눈에 보이지 않던 세포 안의 세계를, 해파리의 초록빛 덕분에 처음으로 들여다볼 수 있게 된 셈이에요.
바다는 아직 열어보지 않은 도서관
GFP 이야기가 주는 교훈은 분명해요.
바다에 사는 작은 생물 하나가 인류의 의학과 생명과학을 바꿔놓을 수 있다는 사실이에요.
과학자들은 지금도 심해와 산호초에서 새로운 형광 단백질과 효소를 계속 찾아내고 있어요.
앞서 살펴본 심해 생물들이 수압과 저온, 낮은 산소 같은 극한 환경을 견디는 독특한 단백질을 가지고 있다는 점에서, 이들이 미래의 신약이나 신소재의 힌트가 될 가능성도 크다고 해양생물학자들은 기대하고 있어요.
이런 이유로 바다는 '아직 책장을 거의 펼쳐보지 않은 거대한 도서관'에 비유되기도 합니다.
마무리하며, 여러분은 이 이야기를 어떻게 느끼셨나요
오늘은 북미 바닷가의 작은 해파리 한 종이 가진 초록빛 단백질이, 노벨상과 현대 생명과학의 혁명으로 이어진 이야기를 알아봤어요.
호기심 하나로 수십만 마리의 해파리를 모았던 한 과학자의 집념이, 지금 암 연구와 뇌과학의 눈이 됐다는 사실이 정말 놀랍지 않으신가요.
바다에는 아직 우리가 모르는 이런 빛나는 이야기가 얼마나 더 숨어 있을지 궁금해지네요.
여러분은 바다에서 시작된 과학 이야기 중 또 어떤 것이 궁금하신가요.
댓글로 여러분의 생각을 들려주세요!
참고 및 원본 출처 (Reference List)
노벨재단(Nobel Prize), 2008년 노벨 화학상 GFP 발견과 개발 관련 공식 자료
미국 국립보건원(NIH), 형광 단백질 생명과학 연구 활용 관련 자료
프라이데이 하버 연구소(Friday Harbor Laboratories), 에쿠오레아 빅토리아 해파리 연구 자료