美·獨 과학자 3인 영예…유룡 단장은 수상 불발

2014년 노벨 화학상은 살아 있는 세포나 바이러스 내부, 화학반응 등을 실시간으로 관찰할 수 있는 ‘초고해상도 형광현미경’을 개발한 미국과 독일 과학자들에게 돌아갔다. 수상 가능성이 점쳐졌던 유룡 기초과학연구원 단장은 다음을 기약하게 됐다.스웨덴 왕립아카데미 노벨위원회는 8일 노벨 화학상 수상자로 에릭 베치그(54) 미국 하워드휴스 의학연구소 박사, 슈테판 헬(52) 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소장, 윌리엄 머너(51) 미국 스탠퍼드대 교수를 선정했다고 밝혔다. 위원회는 “이들은 가시광선만을 보는 광학현미경과 죽은 물질만 관찰할 수 있는 전자현미경의 한계를 뛰어넘은 새로운 현미경을 고안해 미시 세계를 보는 인류의 시각을 바꿨다”고 설명했다.

17세기 네덜란드의 안톤 판 레이우엔훅이 광학현미경을 발명한 이후 렌즈의 발달에 따라 과학자들은 점차 작은 물질을 볼 수 있게 됐다. 하지만 광학현미경은 사람이 볼 수 있는 가시광선을 이용하기 때문에 렌즈가 아무리 발달해도 가시광선의 파장보다 작은 200나노미터(㎚: 10억분의 1m) 이하의 물질은 점으로 보였다. 미토콘드리아의 형체와 박테리아 등 마이크로미터(㎛: 100만분의 1m) 수준이 광학현미경의 한계였다. 전자현미경의 경우 훨씬 작은 크기까지 관찰할 수 있지만 낮은 온도에서 죽은 상태로만 관찰이 가능하다.

베치그 박사와 머너 교수는 1989년 ‘팜 현미경’(단분자 현미경)이라는 기술을 개발했다. 이 기술은 작은 분자가 여러개 겹쳐 있을 때 인위적으로 빛을 내도록 만들어 이를 영상으로 기록한다. 이 영상을 잘라서 관찰하면 한 개의 분자가 빛을 내고 있는 모습으로 보이는 원리다. 헬 소장은 1994년 ‘STED’(유도방출억제) 현미경의 원리를 발견했다. 관찰하고자 하는 물질에 레이저를 쏘면 에너지를 얻은 전자가 들뜬 상태가 된다. 이때 도넛 모양의 레이저를 한번 더 쏘면 들뜬 상태의 전자는 빛이 사라지고 10㎚ 이하인 가운데 구멍 부분만 관찰할 수 있는 상태가 된다. 두 가지 기술 모두 ‘빛’을 인위적으로 사용하기 때문에 ‘형광현미경’으로 분류되며 나노 수준인 바이러스, 단백질, 단일분자 등을 상온에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 박용근 한국과학기술원(카이스트) 교수는 “이들의 기술을 이용하면 뇌 신경세포 간 연결 부위인 시냅스가 어떻게 형성되는지, 단백질이 파킨슨병·알츠하이머병·헌팅턴병 등에 어떻게 관여하는지 등은 물론 수정란이 배아로 발달하는 과정도 관찰할 수 있다”면서 “신약 개발, 생물학, 화학 등에서 높은 차원의 세밀한 연구가 가능해졌다”고 말했다.

박건형 기자 kitsch@seoul.co.kr