초음파는 뇌를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.

과학자 팀이 수행한 새로운 연구에 대한 기사가 유명한 과학 출판물 중 하나에 게재되었습니다. 전문가들은 초음파를 이용해 특정 유전자에 영향을 미쳐 회충의 행동을 제어하는 데 성공했습니다.

캘리포니아 출신의 과학 그룹 책임자인 스튜어트 입센은 저주파 초음파가 신체 전체로 퍼져 나가면서 산란이 거의 일어나지 않는다는 점이 빛과 다르다고 설명했습니다. 이러한 특징은 예를 들어 뇌의 심부 자극에 유용할 수 있습니다.

이븐센의 팀은 초음파와 벌레 주변 배양 배지에 존재하는 기포를 이용해 형질전환된 회충의 행동을 제어할 수 있었습니다.

과학자들은 회충의 유전체를 변형하여 신경 세포가 초음파로 전달되는 명령에 민감하게 반응하도록 만들었습니다. 전문가들은 회충의 DNA에 TRP-4 유전자를 도입하여 이를 달성할 수 있었습니다. 이 특수 유전자는 신경 세포 표면에 위치한 특이한 단백질 분자를 조립하는 특정 "가이드"를 포함하고 있습니다. 바로 이 단백질이 회충이 초음파를 감지하고 행동을 조절하는 데 관여합니다. 이러한 단백질은 특정 이온이 통과하는 일종의 통로 역할을 하며 (회충의 경우 칼슘 이온이 통과하는 통로가 열립니다), 뇌 세포가 활성화됩니다.

초음파가 단백질 분자에 닿으면 통로가 열리고 세포는 전기 신호를 방출합니다. 이를 통해 과학자들은 개별 세포뿐만 아니라 선충의 뇌 전체의 활동을 제어할 수 있었습니다. 초음파 외에도 특수 지방층과 페인트로 코팅된 기포가 선충의 행동에 영향을 미치는 데 도움이 되었습니다. 이러한 기포는 특정 뉴런을 활성화하는 데 도움이 되었습니다. 초음파 노출을 통해 과학자들은 선충이 반대 방향으로 움직이거나, 예각으로 회전하거나, 아예 회전하지 않도록 했습니다.

뇌의 활동을 제어하는 이러한 방법을 소노제네틱스(sonogenetics)라고 하며, 현재는 기생충에만 적용할 수 있습니다. 하지만 과학자들에 따르면, 이 방법을 다른 동물뿐만 아니라 인간에게도 적용하는 것이 충분히 가능하지만, 그 목표 달성에는 많은 어려움이 따릅니다.

이 방법이 효과를 발휘하려면 TRP-4 유전자를 신체의 특정 세포에 도입하고 순환계에 기포를 주입해야 합니다. 전문가들은 이러한 독특한 시스템이 간질과 같은 뇌 질환 환자에게 도움이 될 것이라고 말합니다.

이제 과학자들은 이 방법이 포유류에도 효과가 있는지 확인해야 합니다. 현재 입센의 연구진은 설치류를 대상으로 연구를 시작했으며, 실험이 성공적이라면 초음파유전학을 인간에게도 적용할 수 있을 것입니다. 전문가들은 "비접촉" 세포 제어 방법을 찾을 수 있을 것으로 확신하고 있습니다.

그런데 초음파는 이미 과학자들에 의해 뇌를 자극하는 데 사용되었고, 심지어 일부 질병을 치료하는 데에도 사용되었지만, 초음파를 이용해 개별 세포를 활성화하는 데 성공한 것은 입센의 연구팀이 처음이었습니다.