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온도와 촉각 수용체를 발견한 업적으로 2021 노벨 병리학상 수상자로 선정된 데이빗 줄리어스 & 아르뎀 파타포우티안 박사/David Julius & Ardem Patapoutian win Nobel prize in physiology or medicine

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Just Because..../Science·Math

2021. 10. 5.

2021 노벨 병리의학상 수상자로 선정된 데이빗 줄리어스 교수(왼편)과 아르뎀 포우티안 박사

 

 

2021년도 노벨 병리 의학상 수상자로

샌프란시스코 소재 캘리포니아 주립대학의 데이비드 쥴리어스 교수/Prof David Julius와 

캘리포니아주 라 호야에 소재한 스크립스 연구소/Scripps Research의

신경과학자인 아르뎀 파타포우티안 박사/Dr. Ardem Patapoutian로 선정되었다고

오늘 노벨위원회의 토마스 펄먼/Thomas Permann 씨가 발표했다.

 

이 상과 함께 수여되는 천만 크로나의 상금을 반반씩 나누게 된 이 두 과학자들은

인간 생존에 꼭 필요한 조건 중 하나인

우리 피부에 있는 온도나 접촉을 감지하는 수용체/receptors를 발견한

업적을 인정받아서 올해 수상자로 결정되었다.

 

 

 

 

 

노벨상 위원회의 토마스 펄먼씨가 2021 노벨 병리의학상 수상자를 발표하고 있다.  Photograph: Tt News Agency

 

 

노벨상 위원회와 카롤린스카 기관의 멤버이자 신경과학자인

압델 엘 마니라 교수/Abdel El Manira는 이 수용체들이 없다면,

우리 인간은 뜨거운 불에서 우리의 손을 뒤로 빼거나, 그냥 똑바로 서 있는 것 등

세상과 주위를 감지하는 것이 불가능해지고, 번식과 생존 자체에 위협을 주기에

이 수용체의 발견은 우리가 주위와 세계를 어떻게 인식을 바꾸는데 큰 기여를 했다고 밝혔다.

 

 

"작년부터 코비드-19 팬데믹으로 사회적 거리를 두게 되면서,

사람과의 접촉이 사라지게 되었고, 따라서 포옹을 하면서 사람의 체온을 감지 못하게 되었다.

포옹을 하는 도중에는 피부에 있는 수용체들 덕분에 사람의 따스한 온기를 감지하고,

서로 친하고 밀접하다는 교감할 수 있는 것처럼 인간의 생존과 정신건강에도 중요하다"

라고 덧붙였다.

 

파타포우티안 박사는 전화를 'do not disturb'로 세트 해 놓아서

캘리포니아 시간으로 새벽 2시 반에 스톡홀름에서 걸려온 수상 전화 연결이 계속되지 않자,

그의 94세 된 아버지와 전화 연결이 되어서 수상 소식을 우선 전달되었는데,

그는 "아버지한테 수상 소식을 전해 들어서 더 특별했다."라고 수상소감을 밝혔다.


줄리어스 박사 역시 스톡홀름에서 수상 소식을 전하는 전화를 직접 받지 못했다.

연락하는데 실패하자 노벨상 위원장이 그의 sister-in-law와 전화 연결이 되어서

그의 전화번호를 알려 달라고 했지만, 그 번호를 알려주지 않았다는

문자 메시지를 받은 후에야 수상 소식을 알게 되었다고 한다.

 

 

 

 

켑사이신을 상요해서 피부의 신경말단의 센서를 발견한 줄리어스 박사:  Photograph: Noah Berger


샌프란시스코 캘리포니아 주립대학 병리학 교수로 재직 중인 줄리어스 박사는

고추의 매운맛을 제공하는 캡사이신을 사용해서 

열에 반응하는 신경 세포 말단에 위치한 센서를 발견했다.

 

한편 라호야에 소재한 스크립스 연구소 소속 분자 생물학자인 파타포우티안 박사는

아주 가느다란 micropipette로 다양한 세포 하나하나를 자극해서

압력과 접촉 그리고 장기의 위치에 따라서 수용체가 어떻게 반응하는지를 파악해 냈다.


"이런 연구 결과는 만성적인 통증을 포함해서 다양한 질병을 치유하는 방법을 

개발하는 데 아주 유용한 정보이다."라고 노벨상 위원회가 수상자 발표회에서 밝혔다.

 

UCL의 인지 신경과학과 교수인 패트릭 해거드 박사는

"줄리어스와 파타포우티안은 우리 신체가 온도나 터치 등 매일 접하는 다양한 자극에

우리 몸 전체 곳곳에 존재하는 감각 신경세포의 막에 박힌

특정한 분자 혹은 분자들이  반응하는지 밝힌 것은 정말 대단하다.

특히 온도를 감지할 때에 온도에 따라서 다른 특정한 분자 TRPM8이

개입된다는 것은 참 흥미롭다." 라고 이들의 업적을 치하했다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

하워드 휴즈 메디칼 기관에서 연구활동을 펼치는 아르뎀 파타포우티안 박사

 

 

파타포우티안 박사는 아르메니아 계통으로 1967년 레바논의 베이루트에서 태어났으며,

베이루트 소재 아메리칸 대학을 다니다가,

장기적으로 이어지는 내전을 피해서 그가 18세인 1986년에 그의 형과 함께

빈 몸으로 미국으로 건너왔다.

 

캘리포니아주에 영주권을 얻어서 비교적 값이 저렴한 주립대학교 학자금을 벌기 위해서

1년간 피자 배달을 하거나, 심지어 아르메니언 신문에 그 주의 별자리 운세를 기고하는 등

닥치는 대로 열심히 다양한 일을 해서 UCLA대학에 진학했다.


UCLA 대학교 재학 중 의대에 진학하고자 하는 과정에서

그는 의대 입학 신청서에 유리한 역할을 해 주는 좋은 추천서를 받기 위해서

한 연구소에서 일을 시작했는데,

"나는 기초과학적인 연구와 사랑에 빠졌지요.  

그래서 내 커리어도 역시 180도 달라졌습니다.

레바논에서는 과학자가 커리어가 된다는 것을 상상도 못 했거든요."

라고 한 인터뷰에서 밝혔다.

 

그는 UCLA에서 1990년에 세포, 성장 생물학 학사학위를 받았고,

칼테크에서 1996년에 생물학 박사학위를 받은 후,

UC 샌프란시스코에서 포스트닥 연구를 이어오다가

2000년에 스크립스 연구소의 교수로 부임했다. 

 

그는 신경조직 시스템에 관심을 가지기 시작해서

결국 뇌세포 자체를 연구하기보다는, 

접촉과 통증을 연구하는 것이 실질적이고 인상실험도 쉽다는 판단이 들었으며,

당시로는 인체 내의 신경 세포/nuerons이 어떻게
가해진 압력이나 온도를 감지하는지가 잘 알려지지 않았기 때문에

수용체 연구를 하기로 결심했다고 말했다.

그리고 "잘 밝혀지지 않은 분야에 뛰어드는 것처럼 큰 기회가 없기 때문이다."  덧붙였다.


파타포우티안 박사와 그의 연구팀은 접촉에 세포들이 어떻게 반응하는가에 대해서

그전까지 별로 알려진 것이 없어서 이해하는 차원에서 연구가 시작되었다.

아주 가느다란 파이펫으로 세포에 미미한 전기 자극을 가해서

72개의 유전자들이 어떤 반응을 보이는가 셀 수 없이 반복된 실험을 거쳐서

마침내 이 자극에 반응하는 수용체 유전자를 찾아냈다.

 

이렇게 어렵사리 찾아낸 이 유전자를 'Piezo1/피조 1'이라고 명명했는데,

'피조'라는 단어는 '압력'이라는 그리스어에서 유래되었다.

첫 수용체/receptor를 찾은 지 얼마 후, 접촉에 민감할 뿐 아니라

신체의 자세와 움직임도 감지하는 수용체 'Piezo2'를 발견했다.

 

 

 

 

 

데이비드 줄리어스 박사가 UC 샌프란시스코의 본인의 사무실에서...

 

 

데이비드 줄리어스 박사(1955년 11월 4일생)는 브루클린에서

러시아 출신 유대인의 후손으로 태어났다.

그는 고등학교 재학 시절에 프로 야구 선수로 활동하다가

물리학 선생으로 커리어 변신을 한 선생님이

물리학을 이용해서 야구공의 궤도와 경로를 계산할 수 있다는 내용을 

수업 중에 듣고, 커리어로 과학을 심각하게 생각하게 되었다고 밝힌 바 있다.

 

그는 1977년에 MIT 대학을 졸업한 후

UC 버클리대학교에서 1984년에 박사학위를 받았다.

컬럼비아 대학교에서 포스트닥 과정을 밟으면서 환각을 일으키는

LSD와 신비한 버섯이 우리 인체에 어떤 영향을 끼치고, 더 나아가서는 

자연에서 생성된 다양한 케미칼이 인간의 수용체와

어떤 상호관계가 있는지에 관해서 연구했다.

 

그는 올해 노벨상을 받기 이전에, 이미 2010년에는 쇼 생물학과 의학상/Shaw Prize와

2020년에 브레이크스루 생물학상/Breakthrough Prize in LIfe Science을 수상한 과학자이다.

같은 해에, 쥴리어스 박사와 파나포우티안 박사는 노르웨이 정부가 주관하는

카블리 신경과학상을 수상하기도 했다.

줄리어스 박사는 통증처럼 생명체의 생존과 밀접한 것이 없다는 것은 잘 알려진 사실이지만,

실제로 이와 관련된 연구자료는 미미했다.

그래서 그와 연구팀은 타란툴라 거미의 독, 코랄 뱀, 매운 고추에서 추출한 캡사이신,

와사비의 매운맛을 내는 케미컬 등 신체에 불쾌한 반응을 일으키는 

자연적인 물질이 어떤 반응을 보이는지에 대해서 연구하기 시작했다..

 

줄리어서 박사가 이끄는 연구팀은 수년에 걸쳐서 감각 신경세포가 반응하는

수백만에 달하는 DNA 끈을 모으기 시작해서 'DNA 도서관'을 만들면서

연구에 힘이 실리기 시작했다.

 

이 방만한 유전자들을 평소에 캡사이신에 반응하지 않는 세포들에게

하나씩 추가해서 수많은 시도 끝에 결국 캡사이신에 반응하는 하나의 유전자를 발견했다.

이렇게 발견된 유전자로 세포들이 TRPV1이라는 프로틴을 생성하게 되었고,

이 프로틴은 감지된 열이 통증으로 반응하는 것을 밝혔다.



 

이 두 과학자들의 연구결과가 과연 왜 중요한가?

 

노벨상 위원회는 이들의 연구는 인간이 주위 환경을 어떻게 감자 하는가?라는

아주 기본적이고 중요한 문제들을 해결하는 데 큰 기여를 했다고 말했다.


"우리 인간은 지난 수만 년에 걸쳐서 우리의 눈이 어떻게 빛을 감지하는지,

우리의 귀가 어떻게 소리를 감지를 하는지, 

우리 코와 입에 소재한 수용체들이 다양한 분자 성분을

어떻게 냄새를 맡고 맛을 감지하는지 등

우리 인체가 외부로부터 받은 다양한 자극을 어떻게 반응하는지에 대해서

호기심을 가져왔을 정도로 중요한 과제였다.'라고 위원회는 덧붙였다.

조셉 얼랑어/Joseph Erlanger 박사와 허버트 가서/Herbert Gasser 박사는

다양한 터치에 반응하는 감각 신경세포 섬유를 발견한 업적으로

1944년도 노벨 병리 의학상을 수여한 바 있다.
하지만, 온도와 메카니칼 자극을 전기 자극으로 전환한 것에 어떻게 반응하는지에 대한

기본적인 문제는 여전히 미스터리로 남았다.

이 두 과학자에 의해서 다양한 자극에 반응하는 수용체가 발견된 덕분에

위원회에 따르면, 만성 통증을 비롯해서 다양한 질병을 치료하는 방법과 신약개발에 

활발한 연구가 이미 시작되었다고 하니 좋은 소식으로 이어질 전망이다.


올해 노벨상 공동수상자인 줄리어스 박사는

고등학교 시절에 공부보다는 야구에 빠졌다가

그 좋아하는 야구공의 궤도를 과학적으로 알아낼 수 있다는 사실을

깨우쳐 준 한 선생님의 영향으로 과학을 전공했고,

그리고 파타포우티안 박사는 어려운 환경에서도 배우겠다는 염원으로

어렵사리 명문대학에 진학해서 과학자가 되는 것이

멋진 커리어가 될 수도 있다는 것을 새로운 세상을 접하게 되면서

인류에게 큰 도움이 되는 업적을 남길만큼 중요한 연구를 거듭해 온 결과

자타가 공인하는 최고의 영예로 인정받는 노벨상을 받게 되었다는 사실이

마음에 와 닿는다.