바이오 전자 코 로 향 을 음미 하 다 - 과학자 로부터 듣 는 과학 현장 | LG 사이언스 랜드 
 조회 1737 2009 - 11 - 03 
 후각 을 기계 로 재현 하 기 위한 연구 
 서울대 화학 생물 공학부 교수 
 QST : 바이오 전자 코 로 향 을 음미 하 다 
 ANS : “ 인간 의 후각 수용체 를 직접 사용 하 는 바이오 전자 코 는 인간 이 맡 는 것 과 똑같 은 , 다양 한 종류 의 냄새 를 감지 할 수 있 어요 . 하지만 사람 의 코 와 달리 쉽 게 피로 해지지 않 고 , 유독 가스 와 같 은 위험 물질 도 감지 할 수 있 으니 더 진화 된 형태 로 봐도 되 지 않 을까요 ? ” 
 QST : 코 를 기계 로 재현 한다 ? 
 ANS : 후각 만큼 변덕 스러운 감각 도 또 없 다 . 같 은 냄새 라도 어떤 사람 은 좋 다고 느끼 지만 , 어떤 사람 은 불쾌 함 에 얼굴 이 찌푸려 지 고 만 다 . 좋 은 냄새 라도 여러 냄새 가 섞이 면 처음 과 달리 역하 다고 느껴진다 . 처음 에 는 머리 가 띵 ~ 하 도록 냄새 가 짙 은 것 같 아도 조금 만 시간 이 지나 면 무덤덤 해진다 . 말 그대로 후각 의 감각 은 개인 에 따라 , 상태 에 따라 ‘ 그때 그때 다르 다 ’. 이 변화무쌍 하 고 다루 기 힘든 후각 을 기계 로 재현 하 겠 다며 나선 국내 연구 진이 있 다 . 그 주인공 은 서울대 화학 생물 공학부 의 박태현 교수 와 세포 및 미생물 공학 연구실 의 팀원 들 이 다 . 이 들 은 인간 의 후각 을 칩 위 에 재현 하 는 , 일명 ‘ 바이오 전자 코 ’ 를 만들 기 위해 매일 같이 구슬땀 을 흘리 며 연구 에 매진 하 고 있 다 . 어떻게 살 아 있 는 세포 가 전자 소재 와 어울려 바이오 전자 코 로 탄생 할 수 있 을까 . 미래 에 바이오 전자 코 는 어떤 역할 을 맡 게 될까 . 21 세기 생명 과학 의 정점 에서 조물주 의 영역 에 도전 한 그 들 을 만나 기 위해 서울대 를 찾 았 다 . 
 QST : 변화무쌍 하 고 다루 기 힘든 후각 
 ANS : “ 바이오 전자 코 로 할 수 있 는 일 이 요 ? 음식 을 먹 지 않 고 도 냄새 로 신선도 를 검사 할 수 있 지요 . 마약 탐지견 대신 에 마약 을 탐지 할 수 도 있 고요 . 얼마 전 에 는 방광암 환자 의 소변 냄새 가 건강 한 사람 의 소변 냄새 와 다르 다는 연구 결과 가 발표 됐 어요 . 그럼 바이오 전자 코 로 병원 에서 환자 를 진찰 할 날 이 올 수 도 있 습니다 . ” 박 교수 로부터 바이오 전자 코 로 할 수 있 는 일 들 을 듣 고 나 니 생각 보다 이용 범위 가 넓 어서 기자 는 살짝 놀랐 다 . 후각 으로 맛 도 보 고 병 도 진료 한다고 ? “ 후각 은 미각 에 막대 한 영향 을 미치 거든요 . 사실 우리 가 맛 이 라고 느끼 는 감각 의 90 % 는 후각 에서 온 거 에요 . 혀 가 느끼 는 맛 은 단맛 쓴맛 신맛 짠맛 에 지나 지 않 으니까요 . 감기 에 걸려 코 가 막혔 을 때 음식 에서 맛 을 느끼 지 못했 던 경험 을 생각 해 본다면 누구 나 아 ~ 하고 끄덕일 거 에요 . ” 하지만 박 교수 는 “ 냄새 가 워낙 변화무쌍 하 고 다루 기 힘든 특성 탓 에 후각 의 인지 과정 에 대한 연구 는 다른 감각 에 비해 매우 늦 은 편 ” 이 라고 설명 했 다 . 세계 적 으로 인정받 은 후각 연구 라면 2004 년 노벨 생리 의 학상 을 수상 한 미국 의 리처드 액설 박사 와 린다 벅 박사 의 연구 정도 . 이 들 의 연구 로 인해 비로소 후각 을 분자 수준 에서 이해 할 수 있 게 됐 다 . 그러 고 보 니 형용사 중 에 는 냄새 에 관한 표현 이 드물 다 . 장미꽃 냄새 , 된장국 냄새 , 아기 냄새 … 대부분 명사 를 빌려서 표현 한다 . 과거 에 그런 냄새 를 맡아보 지 않 은 사람 은 다른 사람 의 표현 을 이해 할 수 없 는 게 후각 이 다 . 
 QST : 특정 냄새 에 만 반응 하 는 후각 수용체 
 ANS : 엑 설과 벅 의 연구 에 따르 면 , 사람 의 유전체 에 는 1000 여 개 의 후각 유전자 가 존재 하 는데 그 중 에 실제로 냄새 수용체 로 발현 하 는 것 은 370 ~ 380 개 정도 란다 . 냄새 를 맡 는 후각 상피세포 는 코 속 에서 도 윗부분 에 있 다 . 후각 상피세포 가 있 는 비강 윗부분 과 후각 을 인지 하 는 뇌 의 변연 계 사이 의 거리 는 약 2 cm 밖에 되 지 않 아 어느 자극 보다 빠르 게 뇌 에 전달 된다 . 사람 이 냄새 를 인지 하 는 과정 을 설명 하 면 다음 과 같 다 . 먼저 냄새 를 구성 하 는 각각 의 화학 물질 은 후각 상피세포 끝 에 있 는 섬모 에 있 는 후각 수용체 에 와서 달라붙 는다 . 이때 각각 의 후각 수용체 는 특정 한 냄새 분자 들 과 1 대 1 로 겹 합할 수 있 도록 디자인 돼 있 다 . 냄새 분자 와 후각 수용체 가 만나 면서 발생 한 전기 신호 는 후각 신경 의 중간 집합소 격 인 후구 의 사구체 에 모인다 . 박 교수 의 표현 을 빌 자면 이때 에 도 ‘ 빨간 신경 은 빨간 정류장 에 만 모이 듯 ’ 저마다 맡 고 있 는 냄새 분자 에 따라 이동 경로 를 달리 한다 . 전기 신호 가 뇌 로 전달 되 면 , 뇌 에서 는 각각 의 신호 를 조합 해 ‘ 어떤 ’ 냄새 인지 를 인지 한다 . 
 QST : 연구 팀 의 빛나 는 아이디어 
 ANS : “ 후각 수용체 가 특정 냄새 화학 분자 에 만 반응 한다는 점 , 수용체 가 받 은 자극 은 전기 신호 로 바뀌 어 이동 한다는 점 에서 후각 의 인지 과정 에 전기 공학 적 기술 을 이용 하 면 사람 이 맡 는 것 과 같 은 센서 를 만들 수 있 을 거 라고 생각 했 습니다 . ” 물론 살 아 있 는 유기 물질 을 그대로 센서 로 만들 수 는 없 었 다 . 대신 박 교수 팀 은 이 들 냄새 맡 는 유전자 하나하나 를 박테리아 에 집어넣 어 발현 시키 기 로 했 다 . 다만 문제 는 유전자 가 옮겨진 세포 의 막 표면 에 섬모 끝 에 달렸 던 것 처럼 후각 수용체 단백질 이 위치 하 게 끌 고 오 는 일 이 었 다 . 박 교수 의 연구 팀 은 망막 표면 에 있 는 광 ( 光 ) 감각 수용체 인 로돕신 을 이용 했 다 . 후각 수용체 에 는 신호 서열 이 존재 하 지 않 아 다른 세포 로 옮겨 발현 할 때 세포막 에서 발현 이 불 가능 하 지만 로돕신 에 는 신호 서열 이 있 어 세포막 표면 에 단백질 수용체 를 만들 수 있 었 다 . 평소 다른 분야 의 논문 을 꾸준히 읽 어 둔 덕분 에 얻 은 빛나 는 아이디어 였 다 . 
 QST : 생명 공학 과 나노 전자 의 랑 데 뷰 
 ANS : 이렇게 발현 한 후각 수용체 는 1 차 후각 신호 감지 부 로 이용 한다 . 박 교수 는 “ 다양 한 나노 소자 를 2 차 신호 전달 기 로 이용해 1 차 신호 전달 기 의 신호 를 증폭 하 면 매우 낮 은 농도 의 냄새 물질 도 선택 적 으로 인지 할 수 있 다 ” 고 말 했 다 . 2 차 신호 전달 기에 사용 한 다양 한 나노 소자 들 의 원리 도 재밌 다 . 수정 결정 ( quartz crystal ) 으로 만든 얇 은 박막 은 고유 의 공명 주파수 를 가지 고 진동 하 는데 , 이 결정 위 에 후각 수용체 를 놓 으면 냄새 분자 가 와서 달라붙 어 질량 이 변하 면서 공명 주파수 또한 바뀐다 . 실제로 박 교수 가 이 과정 을 실험 한 결과 냄새 분자 가 많이 와서 달라붙 을수록 수정 결정 박막 의 진동수 는 감소 했 다 . 이 는 수정 결정 박막 이 냄새 의 농도 를 구분 하 고 있 음 을 의미 한다 . 탄소 나노 튜브 를 이용 하 는 방법 도 있 다 . 탄소 나노 튜브 는 지름 이 1 nm 정도 로 속 이 비 어 있 는 튜브 형태 의 분자 이 다 . 여기 에 냄새 분자 가 와서 튜브 를 막 으면 전기 의 흐름 이 느려 지 거나 막힌다 . 박 교수 팀 의 이런 연구 는 지난 3 월 17 일 국제 적 으로 권위 있 는 학술 단체 인 영국 왕립 화 학회 의 하이라이트판 을 비롯 해 세계 유수 의 저널 에 소개 됐 다 . 
 QST : 바이오 전자 코 가 실용 화 되 면 . . 
 ANS : “ 기존 의 전자 코 는 냄새 물질 과 고분자 소자 간 의 흡 탈착 특성 을 이용 하 기 때문 에 제한 된 종류 와 농도 에서 만 냄새 분자 를 측정 했 지만 , 인간 의 후각 수용체 를 직접 사용 하 는 바이오 전자 코 는 다양 한 종류 와 낮 은 농도 의 냄새 도 검출 할 수 있 습니다 ” 박 교수 는 “ 바이오 전자 코 가 앞 으로 실용 화 되 면 유독 가스 처럼 사람 이 맡 을 수 없 거나 인체 에 해 를 끼치 는 냄새 에 효과 적 으로 쓰일 수 있 다 ” 고 말 했 다 . 사람 의 코 는 쉽 게 피로 해져 연속 적 으로 냄새 를 감별 하 기 어렵 지만 바이오 전자 코 는 이런 단점 을 극복 할 수 있 다 . 인간 에게 부족 한 부분 을 찾아내 서 거기 에 들어맞 는 꼭 필요 한 기술 을 만들 어 내 는 박 교수 야 말 로 이 시대 가 원 하 는 진정 한 공학 인 의 모습 이 었 다 . 고수 의 비법 전수 한 송이 의 국화꽃 이 피 는 과정 에 는 천둥 이 치 고 , 먹구름 이 끼 고 , 무서리 가 내리 기 마련 이 다 . 힘든 시련 을 겪 지 않 고 얻 어 지 는 열매 는 없 다 . 정성 을 기울인 만큼 달콤 한 열매 를 얻 을 수 있 음 을 잊 지 말 기 바란다 . | 글 | 김윤미 기자 · ㆍ ymkim @ donga . com 
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