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▲ photo 한준호 영상미디어 기자

벽에 걸린 액자 속 ‘네이처’ 표지 4개가 훈장처럼 반짝반짝한다. 네이처는 최상위 과학 학술지. 카이스트 생명과학과 서성배 교수 방이다. 네이처에 실린 논문 중 두 개는 미국에서 썼다. 미국 캘리포니아공과대학교 박사후연구원 시절인 2004년, 뉴욕대학교 교수(2007~2018)로 일하던 2010년의 성과다. 다른 두 개는 2018년 귀국해서 카이스트 교수로 일하면서 썼다. 귀국한 다음해인 2019년에 한 편, 그리고 지난 5월 또 한 편을 네이처에 보고했다. 미국에서 좋은 학술지에 논문을 썼다는 건 이해하기 쉬우나, 과학의 변방인 한국에 와서도 네이처에 논문을 계속 내고 있다는 점이 시선을 끈다.
   
   
   단맛 센서가 망가진 초파리의 선택
   
   지난 10월 8일 만난 서 교수는 자신을 ‘육감 연구자’라고 말했다. 육감(sixth sense)이라니? 육감은 유재석이 나온 예능프로그램이거나, 사람들이 ‘직관’이라는 걸 표현하기 위해 쓰는 말이 아니었나? 서 교수가 설탕 센서를 발견했을 때로 거슬러 올라가 연구 이야기를 풀어놓았다. 설탕 센서가 그가 처음 발견한 ‘육감’이다.
   
   뉴욕 맨해튼의 뉴욕대학교 교수로 부임한 지 얼마 안되었을 때다. 예일대학교의 존 칼슨 교수에게 요청해 유전자변형 초파리를 받았다. 이 초파리들은 설탕물과 맹물을 구별하지 못했다. 사람과 마찬가지로 초파리 혀에는 단맛을 감지하는 센서가 있는데, 이 초파리의 경우 그 센서를 일부러 망가뜨려놓은 것이다. 서 교수는 초파리들을 굶겼다. 그런 뒤에 맹물과 설탕물을 놓고, 초파리들이 어떤 쪽을 찾아가는지를 보았다. 혀의 단맛 감지 센서가 고장 났는데도, 배고픈 초파리들은 설탕물 쪽으로 가서 그걸 마셨다. 센서가 고장 났으니, 설탕물만을 찾을 이유가 없다. 왜 그럴까? 흥미로운 현상이었다. 여기까지는 기존 연구를 확인하는 거였고, 데이터를 얻는 작업은 당시 실험실 테크니션으로 일하던 서울대학교 졸업생 김민희씨가 맡았다.
   
   이때 서 교수의 실험실을 찾아온 연구원이 있었다. 박사학위를 받고 박사후연구원으로 일할 곳을 찾던 모니카 두스다. 두스 박사는 서 교수 실험실에 왔다가 초파리 데이터를 보고 비상한 관심을 보였다. 서 교수가 “이 데이터를 갖고 연구할 박사후연구원을 찾고 있다”라고 했더니 그는 “내가 하겠다”라며 나섰다. 서 교수 실험실의 박사후연구원이 된 모니카 두스는 이 주제를 갖고 연구해서 이후 논문을 줄줄이 썼다. 2011년 PNAS(미국 국립아카데미 회보), 2013년 네이처 뉴로사이언스, 2015년 뉴런(Neuron)에 연구 결과를 냈다. 연구 성과에 힘입어 미시간대학(앤아버 소재) 교수가 되었다.
   
   
   학술지 ‘뉴런’에 육감 센서 보고
   
   2011년 ‘PNAS’ 논문은 단맛 센서가 고장 난 경우라도, 초파리는 에너지가 고갈되면 설탕물을 찾아가는 현상을 보고한 내용이 핵심이다. 2013년 ‘네이처 뉴로사이언스’ 논문은 초파리 신경세포 안으로 영양분을 가진 설탕이 들어가는 메커니즘을 알아낸 것이다. 설탕은 체내에 들어가면 세포의 에너지 화폐라고 불리는 ATP로 바뀌며, ATP는 세포막의 포타슘 채널을 억제하면서 그 신경세포를 활성화시킨다. 서 교수는 “설탕이 장이나 콩팥에 있는 세포 안으로 들어가는 메커니즘은 알려져 있었다. 하지만 뇌의 신경세포 안으로 들어가는 기전은 우리가 처음으로 알아냈다”라고 말했다. 그리고 2015년 학술지 ‘뉴런’에 보고한 내용은 그 육감 센서가 무엇인지를 확인한 내용이다. 초파리의 경우 DH44유전자였고, 생쥐에서는 CRF유전자였다. 초파리의 경우, DH44단백질을 만드는 신경세포는 6개였고, 설탕으로 만든 ATP로 신경세포 6개를 활성화시키면, DH44단백질을 만들어 세포 밖으로 분비했다.
   
   DH44단백질이 영양분 센서라는 건 어떻게 확인한 건가? DH44단백질을 만들어낼 수 있는 초파리와 그걸 만들어내지 못하는 초파리의 영양분 감지 능력을 비교하면 된다. 초파리 뇌에서 DH44단백질을 생산하는 신경세포 6개를 제거했더니 이 유전자변형 초파리는 영양분이 있는 설탕을 감지하지 못했다.
   
   서 교수가 말하는 설탕은 글루코스를 가리킨다. 글루코스는 흔히 포도당이라고 불리며 설탕(당)의 일종이다. 글루코스에는 분자 구조가 똑같은 두 종류(D형, L형)가 있다. D형과 L형은 거울 속에 서로를 비춰 보면 모양이 같고 단맛도 같다. 이런 대칭 특징을 가진 두 물체를 광학이성질체라고 한다. 다른 점도 있다. D-글루코스에는 영양분이 있고, L-글루코스에는 영양분이 없다. D형과 L형 글루코스를 놓고, DH44단백질을 생산하는 신경세포가 제거된 유전자변형 초파리가 어디로 찾아가는지를 봤다. 영양분 감지 센서가 고장난 초파리들은 농도가 높은 L 쪽으로도 갔다. 반면 보통 초파리는 영양분을 찾아 D형 글루코스 쪽으로만 갔다. 뿐만 아니라 이미징(imaging)을 통해 DH44유전자가 발현되는 신경세포는 D형 글루코스에 활성화되지만 L형 글루코스엔 반응하지 않는 것도 확인하였다.
   
   


   노벨상 수상자와의 물리적 거리가 주는 이점
   
   ‘육감’ 이야기를 듣다 보니, ‘오감’ 연구는 하지 않았을까 궁금하다. 서 교수는 ‘육감’ 연구 전에 ‘오감’을 연구했다고 했다. 그가 LA 인근에 있는 캘리포니아공과대학교에서 박사후연구원으로 일하면서 2004년 네이처에 낸 논문과, 뉴욕대학교에서 2010년에 낸 네이처 논문이 오감 연구를 다루고 있다. 오감 중에서도 후각 연구다. 서 교수는 “박사후연구원 때나 교수로 일한 초기에는 후각을 연구했다”라고 하면서 첫 번째 네이처 논문 이야기를 했다. 이때는 이산화탄소(CO₂) 센서를 발견했다. 초파리 코에 ‘GR21a/GR63a’라는 수용체를 가진 신경세포가 있다는 걸 알아냈다. 서 교수 얘기를 들어본다.
   
   “말단 신경에는 일반적인 감각을 탐지하는 신경세포(generalist)와, 특별한 감각을 탐지하는 신경세포(specialist) 두 종류가 있다. 스페셜리스트는 특정한 한 가지 자극에만 반응한다. 가령 페르몬(pheromone)만 감지하는 신경세포가 있다. 빨리 반응을 할 수 있는 장점이 있다. 나는 스페셜리스트를 찾는 연구를 주로 했다. 캘리포니아공과대학교에서는 이산화탄소를 감지하는 수용체(GR21a/GR63a)와, 이 수용체를 갖고 있는 신경세포를 찾아냈다. 초파리나 모기가 사람을 찾을 때 쓰는 게 이산화탄소 센서다. 사람이 내쉬는 공기 속에 이산화탄소가 들어있는데, 모기가 그걸 알아채고 사람에게로 달려든다. 물론 온도도 모기가 피를 빨 동물을 찾는 또 다른 주요 감각 표적이다. 또 뉴욕대학교에서는 코에 있는 신맛 센서를 찾아냈다. 신맛을 혀가 아니라 코로도 감지한다. 신맛, 즉 pH(수소이온농도지수)가 낮은 맛에만 반응을 보이는 후각신경세포 수용체 IR64a를 찾아냈다.”
   
   뉴욕대학교에서 연구하던 어느 날 서성배 교수에게 모국에서 연락이 왔다. 이 연락을 받고 서 교수는 2015년부터 카이스트 겸임교수로 일하기 시작했다. 1년에 세 달은 대전에서 체류하며 연구했다. 그리고 2018년 뉴욕을 떠나 카이스트로 일터를 완전히 옮겼다. 뉴욕 맨해튼의 좋은 연구 환경을 포기한 건 무엇 때문일까? 그는 “미국에서 죽고 싶지는 않았다”라고 말했다.
   
   그가 미국에 간 건 중학교를 졸업한 1985년이다. 당시는 해외여행 자유화 이전이었으니, 운이 좋아서 미국에 조기 유학을 갔다. 하와이 호놀룰루에서 잠시 공부하다 캘리포니아 어바인으로 가서 고등학교 공부를 했고, 1988년 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스에 들어갔다. 그리고 1994년 LA에 있는 캘리포니아대학교 대학원에 진학해 분자생물학 공부를 했다. 박사학위를 받은 건 2001년. 지도교수는 래리 지퍼스키(Larry Zipursky)였다.
   
   서성배 교수를 취재하러 간 시점은 2021년 노벨생리의학상 발표로부터 며칠 지나지 않아서였다. 서 교수는 “노벨상을 받을 수 있는 확률이 가장 높은 사람이 누구인지 아는가”라고 물어왔다. 취재를 하면서 귀동냥한 경험을 갖고 “노벨상 수상자의 제자가 아닐까”라고 답했다. 서 교수는 “노벨상 수상자와 얼마나 가까이 있느냐가 가장 중요하다”라며 다음과 같은 이야기를 들려줬다.
   
   “뉴욕 맨해튼에는 내가 있는 곳으로부터 불과 몇십 미터 떨어진 곳에 노벨상 수상자가 있었다. 맨해튼에는 과학 분야 노벨상을 받은 사람이 몇십 명은 되었다. 그곳에서는 그분들과 쉽게 상호작용을 할 수 있다. 예컨대 컬럼비아대학교에 노벨상(2004)을 받은 리처드 액셀 교수가 있다. 박사후연구원으로 일할 때 액셀 교수 실험실에 가서 이미징을 배운 적이 있다. 액셀 교수는 후각 수용체를 발견한 사람이다. 좋은 제자를 누구보다 많이 배출했다. 그의 실험실에 몇 주 있으면서 그로부터 영감을 받았다. 그는 내게 이런 말을 했다. ‘우리에게 주어진 시간이 30년밖에 안된다. 그러니 그동안에 너는 임팩트 있는 걸 해야 한다.’ 그런 사람이 근처에 있느냐 하는 물리적인 거리가 연구자로 성장하는 데 중요하다. 한국에는 노벨상 수상자가 없다. 그렇다고 연구 잘하는 사람이 존중받는 분위기가 있느냐? 그런 것도 별로 안 보인다. 미국은 대학 학과장이나 총장은 학계에서 연구로 존경받는 사람이 하는 경우가 많다. 한국은 어떤지 모르겠다. ‘나는 연구를 잘해서 노벨상을 받기는 힘들 것 같았다. 그래서 대학 총장이 될 수 있는 ‘행정’의 길을 추구했다’라는 얘기를 공공연히 하는 게 한국이다. 나는 그런 총장 퇴임 편지를 접하고 충격을 받은 적이 있다.”
   
   
   외국 연구자들이 행복하지 않은 한국
   
   서성배 교수는 “한국 대학에 있는 외국 연구자들이 행복하지 않다”라고도 했다. 한국 대학들은 학교의 경쟁 순위를 올리기 위해 외국인 교수를 뽑고 있다. 외국인이 없으면 해당 학교의 국제화 정도가 떨어지는 증거로 읽히기 때문이다. 그런데 대학들이 막상 뽑아놓은 외국 연구자들은 한국을 떠나고 싶어 한다. 서 교수는 미국에서 오래 살았기에 외국 연구자가 자신들의 한국 생활을 그에게 털어놓는 경우가 꽤 있는데, 그들은 불만이 많았다. 한국 학자 사회가 배타적이라는 것이다. 한국말을 모르는 사람들이 있는데도 교수 회의가 한국말로 진행되는 게 한 사례다. 서 교수는 “학교 순위 평가가 중요하니, 표면적으로는 국제화를 내세우며 외국인 교수를 뽑는다. 그러나 그들은 한국에 곧 실망하고 떠난다. 내 방 위 5층에 있던 미국 교수도 떠났다”라고 말했다. 서 교수 말을 계속 들어본다.
   
   “내가 한국을 떠났던 1980년대와 귀국한 지금을 비교하면 천지 차이다. 연구비도 풍족하고, 연구를 위한 장비도 다 있다. 이런 눈에 보이는 부분에서는 부족할 게 없다. 그런데 눈에 보이지 않는 부분에서 한국은 더욱 노력해야 한다. 이건 돈으로 할 수 없는 부분이다. 예컨대 한국인은 비슷한 한국 사람끼리만 편하다. 비슷하지 않은 사람은 불편해한다. 해외 학회에 가도 한국 참석자들끼리만 어울린다. 여러 학술지 에디터를 만나 얘기를 들어볼 수 있다면 좋은데 그런 노력을 잘 하지 않는 듯하다. 학자 개인은 자기 주제만 바라보고 있으나, 학술지 에디터는 그 분야의 전체 조망을 보고 있기에 시야가 넓다. ‘앞으로 어떤 분야가 주목받을 수 있다’ 같은 말을 들을 수 있다. 연구 방향을 잡아가는 데 좋다.”
   
   그의 ‘육감’ 센서 연구로 돌아가 보자. 한국에 와서 쓴 ‘네이처’ 논문 두 편 내용이 궁금하다. 지난 5월에 발표한 논문은 육감 연구에 속한다. ‘단백질’ 센서를 발견했다. 단백질은 복잡한 구조이나 풀어보면 하나의 긴 아미노산 사슬이다. 아미노산들이 줄줄이 이어져 있다. 초파리와 쥐는 아미노산 사슬인 단백질을 어떻게 감지할까? 단백질, 즉 아미노산을 먹으려는 욕구가 어떻게 생길까? 서 교수 그룹은 초파리에게 먹이를 주는데 단백질은 뺀 음식을 이틀간 줬다. 단백질이 공급되지 않으니, 단백질을 먹게 하는 회로가 초파리에서 활성화됐다. 위에 가까이 있는 장세포가 신경 펩타이드 CNMa(아미노산 14개가 길게 연결된 펩타이드)를 방출했고, CNMa는 뇌의 신경세포로 가서 단백질을 먹게 하는 회로를 활성화시켰다. 아미노산에는 필수아미노산과 비필수아미노산 두 종류가 있다. 어떤 아미노산이 결핍되었을 때 CNMa가 나오는지를 봤다. 필수아미노산이 부족할 때만 CNMa가 나왔다. 서 교수 실험실의 김보람 박사와 뉴욕대학 시절 박사후연구원이던 마고토 가나이 박사가 논문의 제1저자이고 서울대 이원재 교수와 서 교수가 공동교신 저자다. 그리고 카이스트에 와서 첫 번째로 네이처에 낸 2019년 논문은 설탕 센서의 인슐린, 글루카곤 호르몬 조절 관련 연구다.
   
   그는 버클리대학교 학부에서 분자생물학을 공부할 때만 해도 한국에 바로 돌아갈까 하는 생각을 했다. 그러다가 박사공부를 하러 UCLA 대학원에 진학했는데 공부에 어려움이 많았다. 지도교수가 어려운 연구 주제를 줬다. 서 교수는 “되기 힘든 프로젝트를 내게 줬다. 돌연변이가 어디에서 일어났는지를 찾아내는 연구였는데, 2년을 날렸다”라고 말했다. 그가 힘들어하자, 같은 실험실에 있던 박사후연구원 한 명이 이런 말을 해줬다. “고통이 너를 죽이지 않는 한, 그건 네게 좋다.” 그 말에 힘을 얻었고, 7년 반 만에 박사과정을 마치고 박사후연구원으로 캘리포니아공과대학교에 갔을 때는 다른 박사후연구원에 비해 넓은 시야를 갖고 있다고 생각했다. 그리고 그의 ‘오감’ 연구도 ‘육감’ 연구로 진화했다.

 

대전= 최준석  선임기자 jschoi@chosun.com

http://weekly.chosun.com/client/news/viw.asp?nNewsNumb=002684100022&ctcd=C08


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