[한국을 먹여 살릴 과학자] 생쥐 뇌를 읽는 남자… 치매 치료 새 길 열어

지난달 29일 서울 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소. 머리에 초록색과 붉은색 LED(발광 다이오드)를 단 생쥐 두 마리가 플라스틱으로 만든 통로를 이리저리 돌아다니고 있었다. 생쥐 두 마리가 함께 정해진 길을 통과하면 쾌락(快樂)을 느끼는 중추신경에 미세한 전류를 흘려 자극을 준다. 각자 따로 경로를 통과하면 전류를 흘리지 않는다. 협동하면 보상이 있다는 것을 가르치는 것이다.

"생쥐들이 처음엔 혼자서만 보상을 받으려고 경쟁했죠. 좀 지나니 먼저 간 생쥐가 늦게 오는 생쥐를 기다리거나 머리로 툭툭 치며 함께 가려고 하더군요."

신희섭(申喜燮·62) 뇌과학연구소장은 "생쥐의 협동은 처음 보는 현상"이라며 "생쥐 뇌를 분석하면 인간의 사회성과 관련된 유전자 기능도 밝힐 수 있다"고 말했다.

뇌 기능에 이상이 생기면 치매나 우울증처럼 인지 기능뿐 아니라 사회성도 크게 손상된다. 이런 질병의 원인을 유전자와 신경세포 단위에서 찾아 치료 방법을 제시하는 것이 연구 목적이다.

알츠하이머병을 비롯한 뇌 질환 세계시장 규모는 2010년 780억달러(약 90조원)로 집계됐다. 주요 15대 질환 의약품시장의 4분의 1에 해당한다. 사회가 고령화되면서 시장 규모는 급속히 증가하고 있다.

그동안 뇌 연구는 신경세포 간의 전기신호를 찾아내는 식으로 진행됐다. 살아있는 사람의 뇌에 늘 전극을 꽂을 수는 없는 일이다. 신 소장은 2000년대 초 생쥐를 이용한 뇌과학 연구라는 새로운 길을 열었다. 생쥐 뇌에 전극을 심어 전기신호를 알아낼 뿐 아니라 특정 뇌 관련 유전자를 억제해 뇌 질환의 원인 유전자까지 찾아내는 것이다.

하지만 전 세계 어느 곳에서도 생쥐 두 마리의 행동과 뇌 작용을 동시에 연구하지 못했다. 생쥐 두 마리가 동시에 움직이면 뇌에 연결한 전선이 엉켜버리기 때문. 신 소장은 TV 리모컨처럼 생쥐의 뇌에 무선으로 전류를 흘리는 방법으로 문제를 해결했다. 어두운 상자 속에서 실험하면서 어떤 생쥐인지 알아내기 위해 LED도 달았다. 밤낚시에서 낚싯대에 있는 찌의 움직임을 알기 위해 LED 램프를 다는 것을 보고 아이디어를 얻었다.

신 소장은 생쥐 연구를 통해 간질과 공포, 통증 유전자 등을 잇따라 밝혀냈다. 대한민국 최고과학기술인상, 호암상 등을 받았고 2006년에는 제1호 국가과학자로 선정됐다. 1987년 노벨상을 받은 미 MIT의 도네가와 스스무 교수가 신 소장이 먼저 통증 유전자를 찾아내자 아예 연구를 접었다는 일화는 유명하다. 글로벌 거대 제약사도 그를 만나려고 줄을 선다.

그는 아버지가 6·25 때 전사(戰死)하고 홀어머니 밑에서 자란 가난한 천재였다. 서울대 의대를 나온 뒤 생명과학으로 진로를 바꿔 미국 유학을 떠났다. MIT 화이트헤드연구소 등 세계적인 연구소에서 자리를 잡았지만, 미지의 영역인 뇌과학을 연구하고 싶어 1991년 포스텍 교수로 귀국했다.

2001년에는 교수직을 버리고 KIST 연구자로 자리를 옮겼다. "대학보다 연구소에서 다양한 분야의 융합 연구를 더 잘할 수 있을 것 같다"는 게 이직 사유였다. 그가 세운 KIST 뇌과학연구소는 생쥐를 통해 뇌 질환의 원인 유전자를 찾고 치료제 개발 연구를 한다. 뇌 관련 돌연변이 생쥐를 세계에서 가장 많이 보유한 연구소가 이곳이다.

신 소장은 최근 국제과학비즈니스벨트 기초과학연구원의 연구단장 10명 중 1명으로 선임됐다. 10년간 연구비를 최대 1000억원 받는 중책이다.

"젊은 연구자를 자유롭게 선발해 연구단을 꾸릴 수 있다는 게 매력적입니다. 그동안 젊은 후배들에게 제대로 지원을 못 하면서 국가에 대한 공헌만 요구했는데, 이제 대한민국과 연구자가 함께 꽃을 피우고 열매를 맺을 기회를 줄 생각입니다."

신 박사는 기초과학연구원에서는 인지와 사회성이라는 근본적인 문제를 파고들 계획이다. 생쥐뿐 아니라 원숭이 대상 실험도 계획하고 있다. "노벨상 수상자 중에는 지금도 좋은 논문을 내는 사람이 많습니다. 노년의 지혜와 젊은 영재의 아이디어가 만나 불이 붙는 거죠. 제 목표가 바로 그것입니다."