No13 빛을 이용한 생명현상 제어 - "빛을 의학으로 바꾸는 것"을 목표로 -

No13 빛에 의한 생명현상의 제어
-"빛을 약으로 바꾸는 것"을 목표로 함-

의생명과학대학원/
생물물리화학 연구실
수도 유키 교수

　질병은 잭팟 슬롯 비추는 것만으로도 즉시 치료될 수 있습니다 의생명과학대학원 스도 유키(Yuki Sudo) 교수는 잭팟 슬롯 이용한 생명현상의 제어에 관한 연구를 통해 그러한 미래를 현실로 만들려고 노력하고 있습니다 핵심 성분은 빛에 반응하여 구조를 바꾸는 단백질인 로돕신입니다 신약 발굴 및 개발, 식물 적용 등 폭넓은 활용이 기대된다

―"빛에서 의학으로"란 정확히 무엇을 의미합니까?

　빛 에너지, 특히 살아있는 유기체에 손상을 주지 않는 가시광선은 질병 치료에 도움을 주는 데 사용됩니다 내 연구의 목표는 빛에 반응하는 단백질인 로돕신을 사용하여 생물학적 현상을 제어하는 ​​것입니다

　로돕신은 잭팟 슬롯 받으면 구조가 변하는 '광반응성 단백질'이다 동물의 눈 망막에 함유돼 잭팟 슬롯 감지하는 역할을 한다 로돕신은 세포막에 존재하는 '막 단백질'이기도 한데, 로돕신이 빛에 노출되면 구조가 변하면서 막 안으로 들어오고 나갈 수 있는 물질과 정보도 변한다 따라서 보내고자 하는 물질에 해당하는 로돕신의 종류를 이용하면 빛이 닿는 부위에 특정 물질이나 정보신호를 보내는 것이 가능해진다 DNA 전사인자를 조절함으로써 빛으로 유전자 발현을 조절하는 것도 가능하다 구조가 변할 때 발생하는 전위의 변화를 이용하여 뇌와 신경의 기능을 조절하는 것도 가능하다 생명 현상에 관해서라면, 거의 모든 것이 조작될 수 있다고 말할 수 있습니다
　
　쥐를 빛에 노출된 동안만 흥분시켜 뛰어다니게 하고, 빛에 노출된 선충을 마비시키고, 빛에 노출된 세포에서 세포사멸을 일으키는 것이 기술적으로 가능해졌습니다 잭팟 슬롯 이용해 생물학적 현상을 조작하는 기본적인 방법은 거의 완성됐다고 할 수 있을 것 같다

―“잭팟 슬롯 약으로 사용”하면 어떤 이점이 있습니까?

　가장 큰 장점은 작용 위치와 시간을 정밀하게 조절할 수 있다는 점이며, 이는 완전히 새로운 신약 발굴 연구로 이어질 것으로 생각된다 신약 개발에 필요한 비용과 시간은 해마다 증가하고 있으며, 신약 하나를 개발하고 판매하는 데에는 수천억 엔, 10년 이상이 소요됩니다 게다가 그 정도의 노력에도 불구하고 제품이 출시될 확률은 현재 약 30,000분의 1 정도로 극히 낮습니다 그러나 예를 들어 약물을 로돕신이 함유된 막에 싸서 체내로 투여한 뒤, 적절한 시기에 잭팟 슬롯 쪼이면 약물이 최적의 위치와 시간에 작용하도록 만들어 기존 약물의 효과를 획기적으로 높이고 부작용을 크게 줄일 수 있다 이는 신약 발견 연구에 혁신을 가져올 것입니다

--향후의 과제에 대해 알려주십시오

　가장 큰 실제적 과제는 생체 내의 어느 위치를 어떻게 조명할 것인가이다 가시광선은 생명체를 통과하지 못하기 때문에 소화기관에 LED와 광섬유를 도입해 체내에서 잭팟 슬롯 유입시키는 방법을 연구하고 있지만, 체외에서 직접 잭팟 슬롯 가하는 방법도 연구하고 있다 빛의 파장 중에는 생물체 깊숙이 침투할 수 있는 '생물학적 창'이라는 파장이 있습니다 여기에는 약 700~1000나노미터(나노미터는 10억분의 1)의 파장이 포함됩니다 이 파장의 빛에 반응하는 로돕신을 개발할 수 있다면 체외에서 잭팟 슬롯 가하는 것만으로도 질병을 치료할 수 있을 텐데, 이는 양자화학 관점에서는 달성하기가 극히 어렵기 때문에 현재 우리는 고민 중이다

　또한, 로돕신에 의한 생명현상의 조절은 다양한 기술에 응용될 수 있다 식물은 일반적으로 광합성을 위해 제한된 파장(주로 파란색과 빨간색)과 빛의 양을 사용하지만, 우리는 녹색 잭팟 슬롯 주로 흡수하는 로돕신을 사용하면 더 넓은 범위의 파장과 빛의 양을 사용하여 광합성할 수 있는 '하이퍼 식물'을 만들 수 있다고 믿습니다 우리는 현재 농업학부 및 과학부 교사들과 공동으로 이 작업을 진행하고 있습니다 실현된다면 광합성 효율을 획기적으로 높일 수 있고, 열악한 환경에서도 성장할 수 있을 것이다 폭넓은 파장의 잭팟 슬롯 흡수하기 때문에 완전히 검게 보입니다(웃음)

--그것은 많은 잠재력을 가지고 있습니다 이 주제로 작업을 시작하게 된 계기는 무엇인가요?

　내가 처음으로 '의학의 빛'이라는 주제에 집중했던 것은 대학생 시절인 1997년쯤이었다 저는 약학부에 입학하여 물리학, 생물학, 화학, 임상의학 등 다양한 과목을 공부했습니다 그때 생물학 수업에서는 생물 내부에서 에너지를 전달하는 데 사용되는 ATP(아데노신 삼인산)에 대해, 물리학 수업에서는 빛에 대해 공부했고, 가시광선도 ATP보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 갖고 있다는 사실을 배웠다 '빛에너지를 이용해 생명현상을 제어하는 ​​것이 가능할까?'라는 생각이 떠올랐다 공부를 계속하다 보니 빛에너지를 직접적으로 사용하는 것보다 광반응성 단백질을 통해 이용하는 것이 어떨까 하는 생각이 들었다 구조가 간단하고 활용도가 높은 로돕신을 사용하니 조금씩 조각이 맞춰지기 시작하더군요

　제가 연구를 시작했을 당시에는 잭팟 슬롯 이용한 생체조작이라는 장르에 대한 관심이 거의 없었고, 로돕신은 동물 이외의 박테리아나 다른 유기체에도 보유되어 있다는 사실이 밝혀졌지만, 생물학적 현상을 제어할 수 있는 가능성은 알려지지 않았습니다 주변 사람들이 이해하지 못할 때가 많았어요 제가 가장 먼저 시작한 일은 전 세계 다양한 환경의 유기체로부터 로돕신을 수집하여 다양한 기능을 가진 로돕신이 있다는 것을 입증하는 것이었습니다 현재까지 우리는 미국의 온천, 홍해, 영국의 카펫 공장 등 다양한 장소에서 100종 이상의 새로운 유형의 로돕신을 발견했습니다 당시에는 로돕신이 실제로 이렇게 다양한 성질을 가지고 있는지에 대한 확신이 없었기 때문에 시작은 험난했지만 노력의 결실을 맺어 로돕신의 다기능성은 이제 교과서에 포함될 정도로 상식이 되었습니다 잭팟 슬롯 이용한 생물학적 조작에 대한 연구가 확대되고 있으며, 해외에서도 포유류를 대상으로 한 연구가 활발히 진행되고 있다

--연구에 참여할 때 염두에 두어야 할 사항을 알려주십시오

　나는 다양한 것에 관심이 있고 연구하는 것을 즐긴다 관심이 있는 한 세상에 재미없는 연구는 없다고 믿고, 농업, 물리학 등 다양한 분야에 손을 대고 있으니 하고 싶은 일이 부족함이 없습니다 그래서 그런지 학회에서 발표를 하면 '발표가 재미있나 보군요'라는 말을 자주 듣습니다 저와 제 학생들은 '밝게, 즐겁게, 웃으라', '넓고 깊은 관심을 가져라'라는 슬로건을 공유하고 있습니다

전기
스도 유키
1977년생 홋카이도대학 약학부 졸업, 홋카이도대학 약학대학원 수료 약학박사 생물물리학을 전문으로 합니다 그는 텍사스대학교에서 박사후 연구원, 나고야대학교에서 조교수 및 부교수를 거쳐 2014년 현재 직책을 맡았습니다

(18.11.05)