▲ (左부터) 브래들리 베이커 KIST 뇌과학연구소 기능커넥토믹스연구단 박사,형광단백질센서 ‘파도, Pado’의 구조.

국내에서 뇌질환의 문제점으로 지적되던 뇌의 산성도 및 활동을 시각적으로 측정할 수 있는 형광전압센서 개발했다. 세포간의 상호작용 원리 규명이 가능해져 향후 뇌 활동의 비밀을 푸는데 큰 도움이 될 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST)는 6일 뇌과학연구소 기능커넥토믹스연구단 브래들리 베이커(Bradley J. Baker) 박사 연구팀은 빛을 통해 뇌 활동을 측정해 실시간으로 산성도(pH)도 조절이 가능한 바이오 센서를 개발하였다.

인체의 면역계가 정상적으로 작용하기 위해서는 적정수준의 pH(산성도)가 유지되어야 한다.
건강한 사람은 산성과 알칼리성 물질이 밸런스를 맞추어 적정 알칼리 수준을 유지한다.

하지만 몸이 산성으로 변하게되면 우리몸은 각종 질환에 노출되게 되며, 산성도가 높을수롣 산소포화량이 낮아져 뇌로 공급되는 산소양이 적어져 암이나 뇌질환에 걸릴 확률이 높아지게된다.

이에 외국인 유치과학자가 주축이 된 국내 연구진은 뇌질환의 원인과 pH농도 변화 상관관계 규명을 위한 실시간 세포변화 연구가 가능한 형광전압센서 단백질 개발에 성공해 세계 최초로 신경세포내의 pH농도 조절 및 상호작용을 시각적으로 관찰할 수 있게 되었다.

2011년 미래창조과학부(장관 최양희)의 세계적 수준의 연구센터(WCI, World Class Institute)사업의 유치 과학자로 초빙되어 현재 KIST 정규직 연구원으로 재직 중인 브래들리 베이커 박사는 위와 같은 센서의 이름을 우리말 ‘파도, Pado’로 정했다.

브래들리 베이커 박사 연구팀은 수소이온통로 단백질과 뇌에서 발현 가능한 형광물질을 이용하여 형광단백질센서 ‘파도’를 개발하였고, 이를 배양이 용이하여 일반적으로 생물학 실험에 사용되는 HEK 293세포(인간배아신장유래세포)에 발현시켜 pH에 변화에 따라 연결된 다른 세포가 연동됨을 증명하였다.

이 연구결과는 HEK 293세포와 유사하게 전기적으로 연결되어 있는 억제성 뉴런은 물론이고 심장, 신장 등의 연구에도 적용이 가능하며, 추후 ‘파도, Pado’를 이용한 산성도 변화관찰은 물론 산성도 조절을 통해 뇌 세포간의 상호작용 및 다양한 연구 진행이 가능할 것으로 보인다.

또한, ‘파도’는 2015년 박사 연구팀이 개발한 뇌 속 신경활동의 시각적 관찰이 가능한 제 1호 탐침 ‘봉우리’에서 관찰이 가능하였던 전압과 빛의 세기와의 연관성을 실험적으로 증명할 수 있었는데, 이러한 원리규명을 통하여 그 기능이 향상된 3호 탐침이 개발 중이다.

베이커 박사는 “본 연구로, 신경세포부터 면역세포에 이르기까지 건강상태와 질병상태에서 pH의 역할을 파악할 수 있었고, 향후 파킨슨병과 같이 억제성 뉴런의 이상으로 발생되는 뇌질환의 근본적인 원인을 규명하는데 일조할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 권위 있는 해외 학술지인 ‘Scientific Reports’ 4월 4일자 온라인판에 게재되었다.