in Flyandbee, Woo Jae Kim (2014-) |

연못의 녹조류가 노벨상을 받던 날

TL;DR (세 줄 요약)

  • 2026년 노벨 생리의학상은 “빛으로 개폐되는 이온 채널과 광유전학에 관한 발견(for their discoveries concerning light-gated ion channels and optogenetics)”의 공로로 칼 다이서로스(Karl Deisseroth, 스탠퍼드·HHMI), 페터 헤게만(Peter Hegemann, 베를린 훔볼트대), 게오르크 나겔(Georg Nagel, 뷔르츠부르크대) 세 사람에게 돌아갔으며, 노벨위원회 공식 문구는 “빛을 좇는 녹조류가 우리에게 신경세포의 스위치를 주었다(Light-seeking algae gave us a switch for nerve cells)”였다.
  • 이 발견의 심장에는 연못 녹조류 클라미도모나스(Chlamydomonas)가 어떻게 빛을 향해 헤엄치는가라는, 당장의 쓸모가 전혀 보이지 않던 기초연구가 놓여 있었고, 1984년 케네스 포스터의 로돕신 가설에서 2002~2003년 채널로돕신 유전자 발견까지 약 20년의 긴 잠복기가 있었다.
  • 노벨상 3인 제한 탓에 광유전학의 또 다른 선구자인 게로 미젠뵈크, 에드 보이든, 에른스트 밤베르크(이들은 2013년 브레인상을 올해 수상자 셋과 함께 공동 수상했다)와, 세계에서 가장 먼저 채널로돕신으로 신경세포를 빛에 반응시켰을 수도 있는 판줘화(Zhuo-Hua Pan)가 모두 제외되었다는 점이 이번 수상의 가장 큰 이야깃거리다.

연못의 녹조류가 노벨상을 받던 날

2026년 10월 5일, 스웨덴 카롤린스카 연구소가 올해의 노벨 생리의학상 수상자를 발표했다. 칼 다이서로스, 페터 헤게만, 게오르크 나겔 세 사람이 “빛으로 개폐되는 이온 채널과 광유전학에 관한 발견”으로 상을 받았다. 신경과학을 조금이라도 지켜본 사람이라면 언젠가 올 상이라고 짐작하고 있었을 것이다. 광유전학은 지난 20년 동안 신경과학 실험실의 공기 자체를 바꾸어 놓았기 때문이다. 그런데 나는 수상자 세 사람의 이름보다, 노벨위원회가 공식 보도자료의 제목으로 내건 한 문장에 먼저 눈이 갔다. “빛을 좇는 녹조류가 우리에게 신경세포의 스위치를 주었다.” 상을 받은 것은 세 명의 인간이지만, 이 문장이 주인공으로 내세운 것은 연못 위를 떠다니는 한 포기 녹조류였다.

나는 평소에 과학의 역사를 거꾸로 읽는 버릇이 있다. 완성된 기술에서 출발해 거슬러 올라가다 보면, 거의 언제나 아무도 주목하지 않던 어떤 ‘쓸모없는’ 질문에 도착하게 된다. 광유전학의 경우 그 질문은 이렇게 생겼다. 몸이 세포 하나로 된 녹조류 클라미도모나스는 대체 어떻게 빛이 있는 쪽을 알아보고 그쪽으로 헤엄쳐 갈까. 20세기 내내 이 질문은 식물생리학과 미생물학의 아주 구석진 골방에 속해 있었다. 이것을 연구해서 사람의 병을 고치겠다고 말했다면 연구비 심사위원이 웃었을 것이다. 그런데 바로 그 골방에서, 오늘 우리가 살아 있는 뇌의 특정 신경세포를 1,000분의 1초 단위로 켜고 끄는 데 쓰는 스위치가 자라났다.

눈먼 조류에게 시력을 되찾아 준 1984년의 실험

이야기의 실질적인 첫 장을 쓴 사람은 신경과학자가 아니라 물리학자였다. 케네스 포스터는 조류가 빛에 반응해 움직이는 작용 스펙트럼을 다시 계산해 보고, 그 감각 광수용체가 우리 눈 속의 색소와 같은 로돕신일 것이라고 가정했다. 1984년 그는 레티날 합성을 못 해 ‘눈이 먼’ 클라미도모나스 변이체에 레티날을 넣어 주자 정상적인 주광성 행동이 되살아나는 것을 보였다. 단세포 조류가 사람 눈과 같은 종류의 분자로 빛을 본다는 사실을 증명한 것이다. 이 결과는 Nature에 실렸지만, 당시 광수용체 연구자들은 그 중요성을 제대로 이해하지 못했고 진척은 더뎠다고 훗날 헤게만 자신이 회고했다.

여기서 내가 멈추어 생각하게 되는 지점이 있다. 포스터의 1984년 논문은 오늘 노벨상 보도자료 어디에도 수상자로 등장하지 않는다. 그러나 그가 ‘조류의 광수용체는 로돕신’이라는 가설을 세우고 눈먼 조류에게 빛을 되돌려 주지 않았다면, 헤게만이 그 뒤 수십 년을 들여 눈점의 전류를 측정할 이유도, 나겔이 그 유전자를 개구리 알에 집어넣을 이유도 없었을 것이다. 과학의 역사는 늘 이런 식이다. 상은 사슬의 마지막 두세 고리에 걸리지만, 사슬 전체를 지탱한 것은 이름이 잊힌 앞쪽 고리들이다.

정제에 실패한 단백질과, 일본에서 온 유전자 서열

헤게만은 1980년대부터 클라미도모나스의 눈점에서 나오는 광전류를 집요하게 측정했다. 그의 제자 하르트만 하르츠는 1991년, 빛이 도달한 뒤 눈 깜짝할 사이에 전류가 흐른다는 것을 보였다. 그 속도가 너무 빨랐기 때문에, 빛을 받는 부분과 이온이 지나가는 통로가 따로 있는 것이 아니라 하나의 단백질이 두 일을 동시에 한다는, 당시로서는 이단에 가까운 생각이 나왔다. 아무도 빛 하나만으로 저절로 열리는 이온 채널을 본 적이 없었으므로 동료들은 믿지 않았다.

문제는 그 단백질을 손에 쥘 수가 없다는 것이었다. 눈점에서 꺼내려 하면 부서졌고, 세포 하나에 분자가 수만 개밖에 없어 생화학적으로 정제하는 일이 수년간 번번이 실패했다. 돌파구는 뜻밖에도 생화학이 아니라 데이터베이스에서 나왔다. 일본 가주사 DNA연구소가 클라미도모나스의 유전자 서열을 대량으로 공개한 덕분에, 2001년 헤게만 연구실은 미생물형 로돕신을 닮은 후보 유전자 두 개를 찾아낼 수 있었다. 헤게만은 이 유전자를 프랑크푸르트의 나겔에게 보냈고, 나겔은 그것을 개구리 난모세포에 발현시킨 뒤 빛을 비추었다. 단백질이 열렸고, 양이온이 흘러들어 전류가 생겼다. 헤게만의 가설이 옳았다. 두 사람은 이 단백질에 채널로돕신 1, 2라는 이름을 붙였다. 2002년과 2003년의 일이다.

나는 이 대목에서 ‘가주사 연구소’라는 이름을 일부러 또박또박 적어 둔다. 노벨상은 사람에게 주어지지만, 이 발견이 가능했던 것은 누군가가 당장의 응용을 묻지 않고 조류의 유전체를 읽어 공개해 둔 덕분이었다. 유전자 서열을 공공재로 풀어놓은 이름 없는 손들이 없었다면, 헤게만의 20년도 결실을 맺지 못했을 것이다. 과학은 본질적으로 이런 공유지 위에서 자란다. 나는 늘 모건과 브리지스의 초파리 방을 생각한다. 그들은 돌연변이 초파리 계통을 전 세계에 아낌없이 나눠 주었고, 그 개방성이 20세기 유전학 전체를 떠받쳤다. 채널로돕신의 역사는 그 전통이 21세기에도 살아 있음을 보여 준다.

2005년, 그리고 거절당한 사람

채널로돕신이 신경과학으로 건너온 순간은 2005년이다. 다이서로스의 연구실에서 에드 보이든이 제1저자로, 펑 장과 에른스트 밤베르크가 공저자로 이름을 올린 Nature Neuroscience 논문이, 배양한 쥐 신경세포에 채널로돕신을 넣고 청색광으로 밀리초 단위의 발화를 일으켰다. 다이서로스는 2006년 이 방법에 ‘광유전학’이라는 이름을 붙였고, 2007년에는 살아 있는 생쥐 뇌에 광섬유를 꽂아 빛으로 신경세포를 제어하는 데 성공했다. 이때부터 광유전학은 들불처럼 번졌다.

그런데 이 매끈한 성공 서사에는 거의 언제나 지워지는 이름이 하나 있다. 디트로이트 웨인주립대의 판줘화다. 그는 눈먼 사람에게 시력을 되찾아 주겠다는 일념으로, 2004년 2월에 이미 배양한 망막 신경절세포에 채널로돕신을 넣어 빛에 반응시켰다. 보이든이 뇌 신경세포에서 같은 일을 하기 약 여섯 달 전이다. 판은 2004년 11월 자신의 결과를 Nature에 투고했지만 더 전문적인 저널로 가라는 답을 들었고, Nature Neuroscience가 거절했으며, 이듬해 초 Journal of Neuroscience도 거절했다. 한 심사자는 그의 연구가 “야심적”이지만 “매우 예비적”이어서 “대부분의 신경과학자를 끌어들이기엔 내용이 너무 적다”고 적었다. 그리고 몇 달 뒤, 바로 그를 거절했던 Nature Neuroscience가 보이든과 다이서로스의 거의 비슷한 논문을 실었다.

판의 논문은 결국 2006년 Neuron에 실렸지만 “어깨 한 번 으쓱하는” 반응밖에 얻지 못했다. 그 차이가 어디서 왔는지 생각하면 마음이 무겁다. 보이든의 논문은 자신의 결과를 ‘하나의 새로운 기술’로 제시했고, 판의 논문은 ‘시력 복원이라는 한 가지 응용’으로 제시했다. 같은 실험을 두고, 하나는 신경과학 전체의 도구로 포장되었고 다른 하나는 좁은 응용으로 읽혔다. 거기에 스탠퍼드라는 이름과 웨인주립대라는 이름의 무게 차이가 겹쳤다. 2016년 STAT News가 “그는 신경과학 최대의 돌파구를 발명했을지도 모르지만, 당신은 그의 이름을 들어 본 적 없다”는 기사로 이 이야기를 꺼냈을 때, 판은 담담하게 말했다. 다이서로스도 의심할 바 없이 훌륭한 일을 했다고. 다만 자기 논문이 먼저 나왔다면 “우리가 더 많은 공로를 인정받았을 것”이라고.

세 자리밖에 없는 시상대

노벨상에는 한 부문에 최대 세 명까지만 올릴 수 있다는 규칙이 있다. 이 규칙은 20세기 초, 과학이 아직 소수의 천재가 혼자 돌파하던 시절에 만들어졌다. 그러나 광유전학처럼 수십 개 실험실이 동시에 같은 목표를 향해 달린 분야에서, 세 자리는 너무 좁다.

올해 제외된 사람들의 명단을 보면 이 좁음이 분명해진다. 광유전학의 개념 자체를 가장 먼저 밀어붙인 사람은 게로 미젠뵈크였다. 그는 2002년에 척추동물의 빛 감응 단백질 여러 개를 조합해 배양 신경세포를 빛에 반응시켰고, 2005년에는 초파리에 ATP로 열리는 채널과 ‘빛으로 풀리는 ATP’를 함께 넣어, 살아 있는 동물의 행동을 빛으로 원격 조종하는 데 성공했다. 여러 시상식이 그를 “광유전학의 창시자”, “행동을 광유전학으로 제어한 최초의 인물”이라고 부른다. 초파리를 다루는 나로서는 미젠뵈크의 이름이 빠진 것이 특히 눈에 밟힌다. 오늘날 초파리 신경유전학 실험실에서 CsChrimson은 피펫만큼이나 당연한 도구가 되었는데, 그 계보의 출발점에 미젠뵈크가 있기 때문이다.

제1저자로 2005년 논문을 쓴 에드 보이든, 그 논문의 생물물리학적 토대를 놓은 에른스트 밤베르크도 빠졌다. 흥미로운 것은, 바로 이 세 사람(밤베르크·보이든·미젠뵈크)이 2013년 브레인상을 올해의 노벨상 수상자 세 사람과 함께 여섯 명이 나란히 받았다는 사실이다. 같은 업적을 두고, 유럽의 상은 여섯 명을 세웠고 노벨상은 그중 셋만 골랐다. 더 거슬러 올라가면 박테리오로돕신을 처음 발견해 미생물 로돕신 연구 전체의 문을 연 디터 오에스터헬트가 있다. 그는 2021년 래스커상에서만 다이서로스·헤게만과 함께 이름을 올렸을 뿐, 올해도 호명되지 못했다.

나는 이것을 노벨위원회의 실수라고 말하려는 것이 아니다. 세 자리밖에 없는 시상대에서는 누구를 올려도 누군가는 반드시 떨어진다. 내가 말하고 싶은 것은, 상이 비추는 조명이 밝을수록 그 바깥의 어둠도 그만큼 짙어진다는 사실이다. 발표 당일의 보도들은 제외된 이름들을 담담하게 사실로 적었을 뿐, 누구도 서운함을 공개적으로 터뜨리지 않았다. 수상자 세 사람은 서로를 “내 친구들”이라 불렀다고 한다. 어쩌면 그들이야말로 이 상이 여섯 명, 혹은 그 이상의 공동 작업이었음을 가장 잘 알고 있을 것이다.

쓸모를 묻지 않은 연구의 쓸모

이 이야기에서 내가 가장 오래 곱씹는 교훈은 녹조류 그 자체에 관한 것이다. 헤게만과 나겔은 2013년의 한 회고 논문에서, 조류의 주광성이나 고세균의 빛 구동 이온 수송을 연구하던 10년 전에는 그 연구가 의학 저널의 독자에게 관심을 끌 것이라고 전혀 기대하지 않았다고 솔직히 적었다. 당장의 쓸모를 묻지 않은 연구였다는 뜻이다. 그런 연구가 독일 연구재단 같은 기관의 기초연구 지원에 기대어 수십 년을 흐른 끝에, 지금은 전 세계 수천 개 실험실의 표준 도구가 되었고, 40년간 앞을 못 보던 환자의 망막에 호박색 빛으로 희미한 시각을 되돌려 주는 임상시험으로까지 이어졌다.

이것은 과학사에서 드문 일이 아니라 오히려 반복되는 규칙에 가깝다. 해파리에서 나온 녹색형광단백질이 생명과학 전체의 표지자가 되었고, 온천의 세균에서 나온 효소가 PCR을 가능케 했으며, 세균이 바이러스와 싸우던 면역 체계가 CRISPR 유전자가위가 되었다. 하나같이 ‘그걸 왜 연구하느냐’는 물음 앞에 뾰족한 답을 내놓기 어려웠던 생물들이다. 녹조류 채널로돕신은 이제 그 목록에 당당히 한 줄을 더한다.

그래서 나는 이번 수상이 응용과 번역만을 앞세우는 요즘의 연구비 정책에 대한 조용한 반론으로 읽힌다. 성과를 몇 년 안에 증명하라고, 임상으로 가는 길이 보이는 과제에만 돈을 주겠다고 말하는 시대에, 노벨위원회는 하필이면 연못 녹조류가 왜 빛을 향해 헤엄치는가라는, 아무 쓸모도 보이지 않던 질문을 골라 상을 주었다. 그 질문이 쓸모를 증명하는 데 20년이 걸렸다. 만약 지금의 연구비 심사 기준을 1980년대의 헤게만에게 들이댔다면, 채널로돕신은 아예 태어나지 못했을 것이다.

도구가 혁명을 만든다

마지막으로 나는 이 상이 과학철학에서 말하는 한 가지 오래된 논쟁을 다시 불러온다고 생각한다. 과학은 위대한 가설이 이끄는가, 아니면 새로운 도구가 이끄는가. 피터 갈리슨이나 이언 해킹 같은 이들이 말한 ‘새로운 실험주의’는, 과학의 진보가 종종 이론이 아니라 관찰하고 조작하는 도구의 발명에서 온다고 보았다. 시드니 브레너는 과학의 진보가 새로운 기술과 새로운 발견과 새로운 생각에 의존하며 아마도 그 순서대로일 것이라고 말한 바 있다. 광유전학은 꼭 그런 도구 주도 혁명의 교과서적 사례다. 이것은 뇌에 관한 새로운 이론이 아니라, 뇌를 조작하는 새로운 손이었다. 그리고 그 손은 신경과학자의 머릿속이 아니라 녹조류의 눈점에서 빌려 온 것이었다.

상은 세 사람에게 돌아갔다. 그러나 이 발견의 진짜 주인공을 하나만 꼽으라면, 나는 노벨위원회의 문장을 그대로 빌려 오겠다. 빛을 좇는 녹조류가 우리에게 신경세포의 스위치를 주었다. 그 녹조류는 지금도 어느 연못에서 빛을 향해 헤엄치고 있을 것이다. 자기가 노벨상의 심장이 되었다는 것도 모른 채로. 과학이 아름다운 것은, 바로 그 무심한 녹조류의 헤엄 속에 인류가 뇌를 들여다볼 열쇠가 숨어 있었다는 사실을, 어떤 호기심 많은 보통의 과학자들이 수십 년에 걸쳐 끈질기게 알아보았기 때문이다.

(A) 블로그용 자료조사 노트

1. 2026년 수상 사실관계 (검증됨)

  • 수상자: 칼 다이서로스(Karl Deisseroth, 미국, 스탠퍼드대·하워드휴스의학연구소), 페터 헤게만(Peter Hegemann, 독일, 베를린 훔볼트대), 게오르크 나겔(Georg Nagel, 독일, 뷔르츠부르크대).
  • 공식 수상 사유: “for their discoveries concerning light-gated ion channels and optogenetics”(빛으로 개폐되는 이온 채널과 광유전학에 관한 발견).
  • 발표: 2026년 10월 5일(월), 스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨총회.
  • 상금: 1,200만 스웨덴 크로나(약 120만 달러)를 3인이 균등 배분.
  • 나이(발표 시점 보도 기준): 다이서로스 55세, 헤게만 72세, 나겔 73세.
  • 노벨위원회의 서사: 공식 보도자료 제목은 “빛을 좇는 녹조류가 우리에게 신경세포의 스위치를 주었다”였다. 노벨위원회는 헤게만과 나겔이 단세포 녹조류에서 채널로돕신(channelrhodopsin)이라는 단백질을 발견했고, 다이서로스가 이 단백질을 신경세포를 빛으로 제어하는 스위치로 바꾸었다고 정리했다. 노벨 생리의학위원회 위원장 페르 스베닝손(Per Svenningsson)은 발표 당일 “광유전학은 우리가 과거에는 꿈만 꾸던 방식으로 뇌 지도를 그릴 가능성을 열어 준다(Optogenetics opens up possibilities for mapping the brain in ways we could only dream of in the past)”고 말했으며, 같은 날 위원회의 압델 엘 마니라(Abdel El Manira, 카롤린스카 석좌교수) 위원도 기술을 설명했다.
  • 공식 문서는 보도자료, 대중용 해설(“A light-sensitive algal protein energised neuroscience”), 과학적 배경자료(“Optogenetics. Discovery of a neuronal switch”) 세 종류로 제공되었다.
  • 사무총장 토마스 페를만(Thomas Perlmann)은 세 수상자 모두에게 연락이 닿았으며, 가장 먼저 연락받은 다이서로스는 “분명히 자고 있었지만 깨어났다”고 전했고, 세 사람 모두 “서로를 ‘내 친구들’이라 부르며 함께 받게 되어 기쁘다”고 말했다고 밝혔다.

2. 광유전학의 역사 연표 (인물·기관·핵심 논문)

선사시대 — 개념과 미생물 로돕신 계보

  • 1817 L. G. Treviranus, 녹조류의 빛 반응을 기록. 1878 A. Famintzin(상트페테르부르크대), 녹조류의 행동 반응 기술. 1916 S. O. Mast, 군체 조류의 눈점(eyespot) 구조와 기능 연구.
  • 1957 P. Halldal, 녹조류 주광성에서 Ca²⁺·Mg²⁺의 역할 제시. 1976 Schmidt & Eckert, 클라미도모나스에서 칼슘이 광자극과 편모 역전을 연결함을 보임.
  • 1971 Dieter Oesterhelt & Walther Stoeckenius, 고세균 Halobacterium의 자주색 막에서 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin) 발견. 이는 최초의 원핵생물 로돕신이자 빛으로 작동하는 양성자 펌프로, 미생물 로돕신 연구 전체의 출발점이 되었다(Nat New Biol 233:149-154).
  • 1978 F. F. Litvin, O. A. Sineshchekov, V. A. Sineshchekov, 녹조류 Haematococcus pluvialis에서 광수용 전위를 기록(Nature 271:476-478). 올레그 시네쉬체코프(모스크바국립대)는 데니스 베일러가 소 광수용체 기록에 쓰던 흡입 피펫 기법을 조류에 적용했다.
  • 1979 전후 프랜시스 크릭(Francis Crick)이 특정 신경세포만 선택적으로 제어하는 수단으로 빛이 이상적일 것이라고 제안했다고 널리 인용된다. 크릭 자신도 이 발상이 당시로서는 비현실적으로 들린다는 점을 인정했다. (연도·정확한 출처 표현은 자료마다 달라 ‘대략 1979년 및 이후 강연·논평’으로 표기함 — 아래 미검증 항목 참조)

녹조류 로돕신 가설의 확립 (핵심 전사(前史))

  • 1980 Kenneth W. Foster & R. D. Smyth, 조류의 주광성 작용 스펙트럼을 재분석해 감각 광수용체가 로돕신이라고 가정(Microbiol Rev 44:572-630).
  • 1984 K. W. Foster, J. Saranak, N. Patel, G. Zarilli, M. Okabe, T. Kline, K. Nakanishi, “눈이 먼” 클라미도모나스 변이체에 레티날(및 레티날 유사체)을 넣어 정상 주광성 행동을 복원함으로써, 단세포 진핵생물에서 로돕신이 주광성의 기능적 광수용체임을 최초로 증명(Nature 311:756-759). 이것이 채널로돕신으로 가는 사슬의 실질적 첫 고리다.
  • 1991 Hartmann Harz & Peter Hegemann, 세포벽 결핍 클라미도모나스 변이체에서 광수용 전류를 기록하고, 이 전류가 로돕신에 의해 매개된다고 제안(Harz & Hegemann, “Rhodopsin-regulated calcium currents in Chlamydomonas”, Nature 351:489-491). 전류가 빛 뒤 극히 짧은 시간에 나타나는 점에서 광수용체와 이온 채널이 하나의 단백질 복합체로 긴밀히 연결되어 있을 것이라는 추정이 나왔다.
  • 1999 F. J. Braun & P. Hegemann, Volvox carteri 눈에서 두 가지 빛 활성 전도도 보고. 광수용체와 이온 채널이 단일 단백질을 이룬다는 가설이 굳어졌다.

유전자 동정과 채널로돕신의 탄생 (2001~2003)

  • 2001 Hegemann 그룹의 Suneel Kateriya가 클라미도모나스 cDNA 데이터뱅크에서 큰 미생물형 로돕신을 코딩하는 새로운 서열을 찾아냈다. 이 작업은 일본 가주사 DNA연구소(Kazusa DNA Research Institute)의 EST/유전체 자원에 결정적으로 의존했다.
  • 2002 (6월) O. A. Sineshchekov, K.-H. Jung, J. L. Spudich, “클라미도모나스에서 두 로돕신이 저광도·고광도 주광성을 매개한다”(PNAS 99:8689-8694). 이 유전자들을 CSOA/CSOB(Chlamydomonas Sensory Opsin A/B)로 명명. 유전자 서열로부터 두 로돕신을 동정했다.
  • 2002 (6월) G. Nagel, D. Ollig, M. Fuhrmann, S. Kateriya, A. M. Musti, E. Bamberg, P. Hegemann, “Channelrhodopsin-1: 녹조류의 빛 개폐 양성자 채널”(Science 296:2395-2398). 제노푸스 개구리 난모세포에 발현시켜 빛으로 열리는 채널임을 증명.
  • 2003 G. Nagel, T. Szellas, W. Huhn, S. Kateriya, N. Adeishvili, P. Berthold, D. Ollig, P. Hegemann, E. Bamberg, “Channelrhodopsin-2, 직접 빛으로 개폐되는 양이온 선택성 막 채널”(PNAS 100:13940-13945). ChR2를 난모세포뿐 아니라 인간 배아 신장세포 등 포유류 세포에 발현시켜 빛으로 큰 탈분극을 일으켰고, 다른 세포에서도 빛으로 탈분극에 쓸 수 있다고 제안했다. 광유전학의 분자적 토대가 여기서 완성되었다.
  • 2003 T. Suzuki 외(가주사 연구소 공동), “클라미도모나스의 고세균형 로돕신: 모델 구조와 세포 내 국재”(Biochem Biophys Res Commun 301:711-717). Acop-1/Acop-2(= CSOA/CSOB = channelopsin-1/2)를 가주사 EST로부터 동정, 명명 문제의 한 축을 이룬다.

신경과학으로의 이전 — 광유전학의 이륙 (2005~2007)

  • 2005 (8월) E. S. Boyden, F. Zhang, E. Bamberg, G. Nagel, K. Deisseroth, “밀리초 단위의, 유전적으로 표적화된 신경 활동의 광학적 제어”(Nature Neuroscience 8:1263-1268). 배양 신경세포에 ChR2를 넣고 청색광으로 밀리초 단위 발화를 유도. 광유전학 시대를 연 논문으로 꼽힌다. 다이서로스 연구실에서 보이든이 제1저자, 펑 장(Feng Zhang)과 밤베르크가 공저자였다.
  • 2005 같은 해 여러 그룹이 독립적으로 ChR2의 신경·근육 적용을 보고: X. Li 외(Herlitze & Landmesser 그룹, PNAS 102:17816-17821); G. Nagel 외(Gottschalk 공동, 예쁜꼬마선충에서 ChR2, Curr Biol 15:2279-2284).
  • 2006 A. Bi, J. Cui, Y.-P. Ma, E. Olshevskaya, M. Pu, A. M. Dizhoor, Z.-H. Pan, “미생물형 로돕신의 이소성 발현이 광수용체 퇴행 생쥐의 시각 반응을 복원한다”(Neuron 50:23-33). 눈먼 생쥐의 시각 복원 — 임상 응용의 씨앗.
  • 2006 T. Ishizuka, M. Kakuda, R. Araki, H. Yawo, 유전자 조작 신경세포에서 ChR2 광감수성의 동역학적 평가(Neurosci Res 54:85-94).
  • 2006 C. Schroll, T. Riemensperger, D. Bucher, G. Nagel, E. Buchner, A. Fiala 외, “빛으로 유도된 특정 조절 신경세포 활성이 초파리 유충에서 식욕성·혐오성 학습을 유발한다”(Curr Biol 16:1741-1747). 초파리에 ChR2를 적용한 초기 사례.
  • 2006 다이서로스가 “optogenetics(광유전학)”라는 용어를 만들어 Nature Neuroscience 등에서 사용. 2010년 Nature Methods가 “올해의 방법”으로, Science가 “10년의 돌파구”로 선정.
  • 2007 F. Zhang, L.-P. Wang, M. Brauner, J. F. Liewald, K. Kay, N. Watzke, P. G. Wood, E. Bamberg, G. Nagel, A. Gottschalk 외, “신경 회로의 다중방식 고속 광학 조사”(Nature 446:633-639). 할로로돕신(NpHR)을 활성 억제 도구로 추가. 같은 해 다이서로스 그룹은 살아 있는 생쥐 뇌에 광섬유를 넣어 빛으로 신경세포를 제어하는 데 성공.

도구 공학과 새 옵신의 시대 (2007~2015)

  • 2007 X. Han & E. S. Boyden, 고세균 유래 염소 펌프 할로로돕신(N. pharaonis)으로 신경 침묵 달성.
  • 2010 B. Y. Chow 외, 아르카에로돕신(Arch) 기반 침묵 도구.
  • 단계함수 옵신(step-function opsins), ChETA 등 동역학 개량 변이체 개발.
  • 2014 N. C. Klapoetke 외(E. S. Boyden 그룹), “서로 다른 신경 집단의 독립적 광학 흥분”(Nat Methods 11:338-346). 1KP(1000 식물 전사체) 프로젝트와 연계해 조류 127종의 전사체를 신규 시퀀싱하고 61개의 채널로돕신 상동체를 찾아, 적색광 구동 Chrimson(Chlamydomonas noctigama 유래, CsChrimson)과 초고속 청색 Chronos를 발굴. 초파리 신경유전학에서 CsChrimson은 사실상 표준 도구가 되었다.
  • 2015 E. G. Govorunova, O. A. Sineshchekov, R. Janz, X. Liu, J. L. Spudich, “천연 빛 개폐 음이온 채널: 고급 광유전학을 위한 미생물 로돕신 군”(Science 349:647-650). 크립토파이트 조류 Guillardia theta에서 음이온 채널로돕신 GtACR1/2 발견. 신경 억제용 최강 도구가 되었다.

임상 번역

  • 2021 J.-A. Sahel, B. Roska 외, “광유전학 치료 후 시각장애 환자의 부분적 시각 기능 회복”(Nature Medicine 27:1223-1229). 망막색소변성증(RP)을 40년 전 진단받고 실명 상태였던 58세 남성 환자의 망막 신경절세포에 ChrimsonR을 AAV로 전달하고 특수 고글로 호박색 빛을 투사해, 책상 위 물체를 찾아 세는 수준의 부분 시각을 회복. 이 연구는 피츠버그대·Institut de la Vision의 José-Alain Sahel과 바젤대·IOB의 Botond Roska가 이끈 국제팀의 13년에 걸친 다학제 노력의 산물이며, 논문은 “신경퇴행성 질환에서 광유전학 치료 후 부분적 기능 회복을 보고한 최초의 사례”로 명시되었다. 후원사는 GenSight Biologics(GS030, PIONEER Phase I/II 임상시험). 단일 환자 개념증명이며 임상시험은 진행 중이다.

3. 녹조류/클라미도모나스 이야기 (중점 섹션)

  • 광유전학의 두 뿌리는 “살아 있는 조류 연구”와 “재구성된 미생물 로돕신 실험”이다. 전자가 바로 녹조류 이야기다.
  • 클라미도모나스는 몸이 단 하나의 세포로 된 녹조류로, 엽록체 안의 주황색 눈점(stigma)에 레티날을 가지고 빛을 감지하며 빛을 향해 헤엄친다. 헤게만은 이 눈점에서 빛 도달 뒤 극히 짧은 시간(0.5밀리초 수준)에 전기 신호가 나타나는 것을 가는 전극으로 측정했는데, 이는 사람 눈의 광전달(최소 10밀리초 이상)보다 스무 배 이상 빠르다. 이 속도는 광수용과 채널 개폐가 별개 단계가 아니라 하나의 단백질에서 동시에 일어난다는 가설로 이어졌다.
  • 그러나 눈점에서 단백질을 추출하면 쉽게 분해되었고, 개체당 분자 수가 10⁴~10⁵개로 극히 적어 생화학적 정제가 수년간 실패했다. 돌파구는 생화학이 아니라 유전체학에서 왔다. 일본 가주사 DNA연구소가 공개한 클라미도모나스 EST 서열 덕분에 Hegemann 그룹(Kateriya)이 2001년 후보 유전자를 찾아냈고, 이를 나겔이 개구리 난모세포에 발현시켜 빛으로 열리는 채널임을 증명했다.
  • 유전자 명명에는 세 갈래가 얽혀 있다. Hegemann·Nagel 쪽의 channelrhodopsin(ChR1/ChR2), Sineshchekov·Spudich 쪽의 CSOA/CSOB, Suzuki 외의 Acop-1/Acop-2가 사실상 같은 두 유전자를 가리킨다. 2002년 PNAS(Sineshchekov 외)와 2002년 Science(Nagel 외)가 같은 해에 나왔다는 점에서 ‘누가 먼저 유전자를 동정했는가’를 둘러싼 우선권의 긴장이 존재했으나, 현재는 기능(빛 개폐 양이온 채널)을 직접 증명하고 “channelrhodopsin”이라는 이름이 가장 널리 받아들여졌다.
  • 이 연구가 얼마나 ‘쓸모없어’ 보였는가는 수상자 자신들의 회고가 증언한다. 헤게만과 나겔은 2013년 회고 논문에서 “조류 주광성의 분자 메커니즘이나 고세균의 빛 구동 이온 수송 연구가 의학 저널 독자의 관심을 끌 것이라고는, 10년 전 실험을 구상하고 수행할 때 전혀 기대하지 않았다”고 적었다. 이 분야는 독일 연구재단(DFG) 등의 기초연구 지원에 의지해 수십 년을 흘렀다.
  • 조류 이외의 원생생물로 옵신 사냥터가 넓어졌다. Volvox carteri(VChR1), Chlamydomonas noctigama(Chrimson), Mesostigma viride, 그리고 크립토파이트 Guillardia theta(GtACR) 등이 새로운 도구의 원천이 되었고, Klapoetke 외(2014)는 조류 127종의 전사체를 대규모로 뒤져 새 채널로돕신을 발굴했다.
  • ‘쓸모없어 보이던 생물에서 나온 도구가 노벨상으로 이어진’ 비교 사례: 해파리 Aequorea victoria의 녹색형광단백질(GFP, 2008년 화학상), 온천 세균 Thermus aquaticus의 Taq 중합효소(PCR), 세균의 적응면역에서 나온 CRISPR(2020년 화학상) 등이 있다. 이번 수상은 그 계보에 녹조류 채널로돕신을 추가한다.

4. 수상자 vs 제외된 연구자 — 이야기와 논쟁 (검증 상태 구분)

3인 제한이 가른 사람들 (검증됨)

  • 2005년 Nature Neuroscience 논문(광유전학 이륙의 상징)은 다이서로스 연구실에서 **에드 보이든(Ed Boyden)**이 제1저자, **펑 장(Feng Zhang)**과 **에른스트 밤베르크(Ernst Bamberg)**가 공저자였다. 즉 ‘포유류 신경세포에서 빛으로 발화’라는 결정적 실험의 핵심 인물 셋이 노벨상에서 빠졌다.
  • **게로 미젠뵈크(Gero Miesenböck, 옥스퍼드)**는 채널로돕신 이전에, 다른 빛 감응 시스템으로 신경세포를 빛에 반응시킨 광유전학의 개념적 선구자다. Zemelman, Lee, Ng & Miesenböck “Selective photostimulation of genetically chARGed neurons”(Neuron 33:15-22, 2002)에서 척추동물 로돕신+아레스틴+G단백질 α-소단위(“chARGe”) 시스템으로 배양 신경세포를 빛에 반응시켰고, Lima & Miesenböck “Remote control of behavior…”(Cell 121:141-152, 2005)에서 초파리에 ATP 개폐 채널 P2X2와 ‘케이지드 ATP’의 광분해를 결합해 살아 있는 동물의 행동을 빛으로 원격 제어하는 데 성공했다. 미젠뵈크는 여러 시상식에서 “광유전학의 창시자”, “행동을 광유전학으로 제어한 최초의 인물”로 소개된다.
  • 이 셋(밤베르크·보이든·미젠뵈크)은 올해 수상자 셋(다이서로스·헤게만·나겔)과 함께 2013년 브레인상(Grete Lundbeck European Brain Prize, 100만 유로)을 6인 공동 수상했다. 노벨상이 6명 중 3명만 고른 셈이다.
  • 수상자 조합의 묘미: 올해 노벨상은 ‘녹조류에서 채널로돕신을 발견한 축(헤게만·나겔)’과 ‘그것을 신경과학 도구로 만든 축(다이서로스)’을 택했다. 그 결과 2022년 컬럼비아 호위츠상을 받은 조합(다이서로스·헤게만·미젠뵈크)에서는 나겔이 빠져 있었는데, 노벨상은 반대로 미젠뵈크를 빼고 나겔을 넣었다.

판줘화(Zhuo-Hua Pan) 이야기 (검증됨, 단 ‘최초 발명자’는 해석의 문제)

  • 디트로이트 웨인주립대의 시각 과학자 판줘화는 2004년 2월, 배양한 망막 신경절세포에 채널로돕신을 넣어 빛에 전기적으로 반응시켰다. 이는 보이든이 2004년 8월 뇌 신경세포에서 같은 일을 하기 약 6개월 전이다.
  • 판과 공동연구자 Alexander Dizhoor는 2004년 11월 25일 논문을 Nature에 투고했고, Nature는 더 전문적인 저널을 권했다. Nature Neuroscience는 거절했고, 2005년 초 Journal of Neuroscience도 거절했다. 판은 2005년 5월 ARVO 학회에서 15분짜리 발표로 결과를 공개했다. 그 몇 달 뒤인 2005년 8월, 바로 그를 거절했던 Nature Neuroscience가 보이든·다이서로스 논문을 실었다. 판의 논문은 2006년 Neuron에 실렸지만 “별 반향 없이” 지나갔다.
  • 2016년 STAT News(기자 Anna Vlasits)의 “그는 신경과학 최대 돌파구를 발명했을지도 모른다. 하지만 당신은 그를 들어본 적 없다”는 이 이야기를 널리 알렸다. 판은 2013년 브레인상과 2015년 브레이크스루상에서 모두 빠졌다. 그의 특허는 RetroSense Therapeutics에 라이선스되어 2016년 9월 6일 Allergan이 선금 6,000만 달러(+마일스톤)에 인수했고, 이는 판(웨인주립대)과 Alexander Dizhoor(Salus대)의 연구에 기반한 최초의 인체 광유전학 임상시험(RST-001, channelrhodopsin-2를 망막 신경절세포에 발현)으로 이어졌다.
  • 스탠퍼드 대변인 Bruce Goldman은 STAT에 “판의 연구는… 정밀 신경과학의 새 세계를 연 광유전학과는 거리가 멀다. 그 잠재력을 드러낸 것은 널리 인용되는 다이서로스의 2005년 논문”이라고 답했다. 보이든은 판이 먼저 실험했다는 사실을 “몰랐다”고 했다. 판 자신은 “다이서로스도 의심할 바 없이 아주 훌륭한 일을 했다”면서도, 자기 논문이 먼저 나왔다면 “우리가 더 많은 공로를 인정받았을 것”이라고 말했다.

보이든 vs 다이서로스 공로 논쟁 (검증됨, 단 어조는 당사자 간 상호 존중)

  • 두 사람은 2000년 봄 스탠퍼드 대학원 시절 함께 신경세포를 특정 에너지로 제어하는 방법을 구상하기 시작했다. 보이든은 공식 회고에서 “이 연구는 칼 다이서로스와 내가 낸 아이디어와 실험에서 비롯되었고, 게오르크 나겔·에른스트 밤베르크와 협력하고 이후 펑 장의 도움을 받았다”고 적었다. 누가 ‘주역’인지에 대한 미묘한 긴장은 여러 매체(MIT Technology Review, STAT 등)에서 다뤄졌으나, 두 당사자가 서로를 공개적으로 비난한 적은 없다.
  • 펑 장은 당시 다이서로스 지도하의 대학원생으로 광유전학 초기 기술에 기여했고, 이후 CRISPR로 더 유명해졌다.

발표 당일(2026년 10월 5일) 반응과 제외 논평 (부분 검증 / 주의)

  • 발표 당일 주요 보도는 밤베르크·보이든·미젠뵈크의 제외를 사실로서 언급했으나(특히 3인 제한 때문이라는 맥락), 제외된 당사자가 ‘서운함’을 표현한 명시적 인용은 조사 범위에서 확인되지 않았다. 노벨위원회는 심사 과정을 공개하지 않는다(기록은 50년간 봉인).
  • STAT(기자 Annalisa Merelli)는 제외 논쟁을 다루지 않았고, 전 Science 편집장 제러미 버그(Jeremy Berg)가 다이서로스를 칭송하는 인용만 실었다. 제외에 대한 가장 명시적 서술은 상대적으로 비중이 낮은 매체(martincid.com 등)에서 나왔다. 따라서 “학계가 공개적으로 제외를 비판했다”고 단정하기는 어렵고, ‘구조적으로 제외가 불가피했다는 분석이 반복되었다’고 보는 것이 정확하다.

5. 사전 수상 이력 비교 (예측 지표로서)

  • 2013 브레인상(Brain Prize): 밤베르크, 보이든, 다이서로스, 헤게만, 미젠뵈크, 나겔 — 6인. (올해 노벨상은 이 중 다이서로스·헤게만·나겔)
  • 2015 BBVA 프런티어상(생의학): 보이든, 다이서로스, 미젠뵈크.
  • 2016 브레이크스루상(생명과학): 보이든, 다이서로스. (각 300만 달러)
  • 2016 매스리상(Massry): 다이서로스, 헤게만, 미젠뵈크.
  • 2019 워런 알퍼트상(Warren Alpert): 보이든, 다이서로스, 헤게만, 미젠뵈크.
  • 2021 래스커 기초의학상(Lasker Basic): 다이서로스, 헤게만, 오에스터헬트(Dieter Oesterhelt) — 박테리오로돕신 발견자 오에스터헬트가 포함된 유일한 주요 수상.
  • 2022 호위츠상(Louisa Gross Horwitz): 다이서로스, 헤게만, 미젠뵈크.
  • 2023 일본국제상(Japan Prize), 교토상(2018, 다이서로스) 등 다이서로스 개인 수상 다수.
  • 요약하면, 거의 모든 선행 주요 상은 ‘보이든 또는 미젠뵈크’를 포함했고, 오에스터헬트는 래스커상에서만 인정받았다. 노벨상은 이 다양한 조합 중 ‘녹조류 발견자 2인 + 신경과학 적용자 1인’이라는 가장 좁은 선을 택했다.

6. 출처 목록 (주요 링크)

  • 노벨상 공식: nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/ (보도자료·대중 해설·과학적 배경)
  • Scientific American(2026.10.5), STAT News(Merelli, 2026.10.5), CNN, 매일경제·서울신문·아시아경제·세종일보 등 한국 언론 속보(2026.10.5)
  • Hegemann & Nagel, “From channelrhodopsins to optogenetics”, EMBO Mol Med 5:173-176 (2013) — 당사자 회고(링크: link.springer.com/article/10.1002/emmm.201202387)
  • Foster 외, Nature 311:756-759 (1984); Harz & Hegemann, Nature 351:489-491 (1991)
  • Nagel 외, Science 296:2395-2398 (2002); Nagel 외, PNAS 100:13940-13945 (2003); Sineshchekov 외, PNAS 99:8689-8694 (2002); Suzuki 외, BBRC 301:711-717 (2003)
  • Boyden 외, Nat Neurosci 8:1263-1268 (2005); Bi 외, Neuron 50:23-33 (2006); Schroll 외, Curr Biol 16:1741-1747 (2006); Zhang 외, Nature 446:633-639 (2007)
  • Klapoetke 외, Nat Methods 11:338-346 (2014); Govorunova 외, Science 349:647-650 (2015); Sahel 외, Nat Medicine 27:1223-1229 (2021)
  • Zemelman 외, Neuron 33:15-22 (2002); Lima & Miesenböck, Cell 121:141-152 (2005)
  • Anna Vlasits, “He may have invented one of neuroscience’s biggest advances…”, STAT News (2016.9.1); Zhuo-Hua Pan 관련 Scientific American 재게재
  • 브레인상(brainprize.org), 컬럼비아 호위츠상(cuimc.columbia.edu), 워런 알퍼트상(hms.harvard.edu), 래스커상(2021)

미검증·주의 항목

  • 크릭의 ‘빛으로 신경세포 제어’ 제안의 정확한 연도·출처: 1979년 Scientific American 기고 및 이후 1990년대 강연·논평 등 여러 판본이 혼재한다. 2026 Nobel 보도 일부는 크릭을 언급하나, 특정 연도·문장을 하나로 특정하기 어렵다. 본문에서는 ‘크릭이 빛을 이상적 수단으로 제안했고 스스로 비현실적이라 인정했다’는 취지만 사용한다.
  • 판을 ‘광유전학의 진짜 최초 발명자’로 보는 것은 STAT 기사의 프레임이며, ‘최초 발표’가 아니라 ‘최초 실험’에 관한 해석이다. 사실관계(투고일·거절·발표 시점)는 검증되나, ‘발명자’ 규정은 가치판단이다.
  • 발표 당일 제외 당사자의 직접 반응 인용은 확인되지 않았다.