[핵잼사이언스] 자기장으로 날개를 움직이는 원격 조종 초파리 등장

초파리는 좁쌀만큼 작은 곤충이지만, 20세기부터 과학 발전에 지대한 공헌을 했다.

처음에는 키우기 쉽고 세대가 짧은 특징 때문에 유전학 연구에 사용되다가 작은 곤충을 분석하는 기술이 크게 발전하면서 초파리는 이제 여러 분야에서 연구에 없어서는 안 될 실험 동물로 자리 잡았다. 

가장 대표적인 분야는 뇌와 신경에 대한 연구다. 초파리의 뇌는 인간의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 20만 개에 달하는 세포와 신경 회로를 지니고 있어 과학자들이 연구하기에 적합한 복잡도를 지니고 있다. 작지만 여러가지 복잡한 행동이 가능해 뇌와 신경 회로의 기능을 연구하기에 안성맞춤이다. 

미국 라이스 대학의 과학자들은 초파리의 뇌를 원격으로 조종해서 날개를 움직이는 연구를 진행했다. 초파리보다 훨씬 작은 초파리의 뇌를 조종하기 위해 연구팀은 두 가지 기술을 사용했다. 

우선 연구팀은 열에 민감한 이온 채널이 있는 신경세포를 지닌 유전자 조작 초파리를 만들었다. 그리고 날개를 움직이는 특정 신경 회로에 산화철 나노입자를 주입했다.

이 나노입자는 자기장과 반응해서 열을 낸다. 따라서 외부에서 자기장을 걸면 나노입자가 열을 방출하면서 특정 신경 세포의 이온 채널을 열어 신경 회로를 활성화한다. 이 연구에서 목표는 날개를 움직이는 신경 회로였다. (사진 참조) 

연구팀은 이 방법으로 1초 이내에 원격으로 초파리의 날개를 움직이게 만들었다. 물론 연구팀의 진짜 목표는 초파리 날개를 원격으로 조종하는 것이 아니다. 연구팀의 궁극적인 목적은 사람에서 비침습적 방법으로 신경을 조종하는것이다.

예를 들어 시신경이 손상된 환자에서 뇌에 전극을 넣지 않고 외부에서 자기장을 통해 시각 피질을 자극해 시력의 일부를 회복하는 것이다. 마비된 신경이나 근육을 자극하는 일도 시도할 수 있다. 

물론 현재는 기초 연구 단계이고 사람에서 적용하기 위해서는 앞으로 많은 연구가 필요하다. 초파리를 이용한 생물학 연구가 인류에게 희망이 될 수 있을지 앞으로 후속 연구가 주목된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com