2014 노벨화학상에 베치그·헬·머너 등 3명

 

 

 살아있는 세포속 관찰 가능한 현미경

…올해 노벨화학상에 베치그·헬·머너 등 3명

▲ (왼쪽부터) 에릭 베치그 미국 하워드휴스의학연구소 자넬리아연구소장, 슈테판 헬 독일 막스프랑스연구소 생화학연구소장, 윌리엄 머너 미국 스탠포드대 교수 / 스탠포드대 외

올해 노벨 화학상은 나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 수준까지 관찰 가능한 초고해상도 현미경을 개발해 분자세포 연구 분야 발전에 크게 기여한 과학자 3명에게 돌아갔다. 이들이 개발한 현미경은 살아있는 세포 속까지 들여다 볼 수 있어 다양한 연구분야에서 활용되고 있다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 화학상 선정위원회는 8일(현지시각) “에릭 베치그(54) 미국 하워드휴스의학연구소 자넬리아연구소장, 슈테판 헬(52) 독일 막스프랑스연구소 생화학연구소장, 윌리엄 머너(61) 미국 스탠포드대 화학과 교수 등 3명을 2014년 노벨 화학상 수상자로 선정했다”고 밝혔다.

노벨상 선정위원회는 “이들 과학자는 기존 전자현미경의 물리적인 한계를 극복하고 빛 파장보다 미세한 분자를 관찰할 수 있는 초고해상도 형광현미경을 개발했다”며 “분자생물학을 크게 발전시켰으며 알츠하이머병, 헌팅턴병 등의 질병 관련 연구에도 도움을 줬다”고 선정 배경을 설명했다.

이중 헬 소장은 ‘STED(유도방출억제) 현미경’을 개발했다. 이 현미경은 2개의 레이저빔을 발사해 미세한 크기의 분자를 정밀히 관찰하도록 설계됐다. 분자들에 첫 번째 레이저빔을 쏘이면 이를 맞은 분자는 순간 높은 에너지와 함께 사방으로 빛을 뿜어낸다. 이때 도넛 모양으로 생긴 두 번째 레이저빔을 쏜다. 레이저빔이 도넛 모양이기 때문에 둥근 빈 공간에 들어오는 분자들은 레이저와 충돌하지 않고, 레이저를 맞은 주변부 분자들만 레이저 진행방향으로 빛을 발산한다. 이때 가운데 빈 공간에 들어온 분자들을 현미경 렌즈로 관찰하는 것이다.

이 현미경은 40㎚ 이하 크기의 분자 관찰도 가능하게 만들었다. 기존의 광학현미경은 가시광선 파장보다 작은 200㎚ 이하의 분자는 점으로만 보였는데 이를 극복한 것이다. 헬 소장과 동료들은 2006년 이 현미경을 이용해 포유류 중추신경계에 있는 ‘시냅스 소낭’을 관찰한 뒤 국제학술지 ‘네이처’에 발표하기도 했다. 시냅스 소낭은 신경전달물질을 전달하는 과정에서 핵심 역할을 하는 물질이다. STED 현미경이 개발되기 전까지 순환과정을 알 수 없어 연구에 제약이 많았다.

베치그 소장과 머너 교수는 ‘단일분자 현미경’ 개발에 각각 기여했다. 머너 교수는 이론적 토대를 마련했고, 베치그 소장이 실제 현미경 개발에 성공했다. 이 현미경은 분자 이미지를 순간적으로 여러 번 찍어 합치는 방식으로 작동한다. 한 공간에 있는 분자들이라고 해서 동시에 빛을 뿜어내는 게 아니다. 단일분자 현미경은 분자들을 반복적으로 촬영한 뒤 이미지를 합쳐 더 자세한 영상을 구현하는 것이다. 매우 미세한 분자 신호까지 관찰할 수 있다는 장점이 있다.

기존 마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m) 수준의 현미경으로는 미토콘드리아 정도까지만 관찰할 수 있었다. 그러나 STED 현미경과 단일분자 현미경 개발 이후부터는 각종 바이러스와 단백질 구조, 미세분자 관찰까지도 가능해졌다.

또 전문가들은 이 두 현미경의 주목할 만한 특징으로 살아있는 세포(living cell)를 관찰할 수 있다는 점을 꼽았다. 성재영 중앙대 화학과 교수는 “기존 전자현미경이나 형광현미경은 아주 낮은 온도에서만 관찰이 가능해 저온에서 세포를 얼려야 했다”며 “이들이 개발한 현미경은 움직이는 세포의 속까지 들여다 볼 수 있다”고 설명했다.

베치그 소장은 1960년 미국 마이애미에서 태어났으며 1982년 캘리포니아대에서 박사 학위를 받았다. 1962년 루마니아에서 태어난 헬 소장은 1990년 독일 하이델베르그대에서 박사를 마친 후 현재 독일 막스프랑크연구소에서 생화학연구소장을 맡고 있다. 머너 교수는 1953년 미국에서 태어났다. 미국 코넬대에서 1982년 박사학위를 받았으며 현재 미국 스탠포드대 화학응용물리학과에서 교수로 근무 중이다.

시상식은 알프레드 노벨의 사망일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름 콘서트홀에서 열린다. 세 사람에겐 메달과 함께 상금 800만 크로네(약 11억4000만원)이 3분의 1씩 수여된다.

유력한 후보로 거론됐던 유룡 카이스트(KAIST) 화학과 특훈교수 겸 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단장은 아쉽게도 수상에 실패했다.

 

 

노벨 화학상 수상자 ⓒ 노벨상 홈페이지

▲ 노벨 화학상 수상자 

[엑스포츠뉴스=대중문화부] 2014년 노벨 화학상 수상자가 발표됐다. 

8일(현지시간) 스웨덴 왕립 과학아카데미는 초고해상도 현미경 연구를 주도해 기존 광학현미경으로는 볼 수 없던 나노미터(10억분의1ｍ) 단위까지 관찰할 수 있게 한 공로로 미국 하워드휴즈 의학연구소 박사 에릭 베칙, 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소 박사 슈테판 W. 헬, 미국 스탠퍼드대 교수 윌리엄 모너 총 세 과학자를 노벨 화학상 수상자로 결정했다.

노벨 화학상 수상자는 이전까지 연구에서 전자 현미경은 나노 차원의 작은 물질을 볼 수 있으나 고온의 빛을 비추기 때문에 살아있는 생명체를 관찰하기 어렵다는 단점이 있고, 광학 현미경은 실온에서 사용할 수 있는 대신 빛 파장의 절반보다 더 작은 물체는 볼 수 없는 한계가 있다. 

하지만 이번 노벨 화학상 수상자들은 형광 분자를 이용하여 이러한 한계들을 재치있게 해결해 살아있는 생명체를 분자 차원까지 관찰할 수 있도록 하는 초고해상도 형광 현미경을 개발해냈다. 

노벨 화학상 수상자들은 '나노 차원을 관찰한다'는 뜻의 '나노스코피'에 크게 기여한 이들의 발명 덕분에 살아있는 세포 속 미세 구조를 볼 수 있게 됐다.