칼 다이서로스, 빛으로 뇌세포를 켜고 끄는 정신과 의사의 노벨상

칼 다이서로스

Photo: Christopher Michel / CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

출생	1971년 11월 18일 Boston, Massachusetts, United States
직업	정신과 의사, 신경과학자
수상	앨버니 메디컬 센터 상 · 의학 분야 딕슨 상 · 매스리 상

의학 분야 노벨상 수상자들은 대개 스톡홀름에서 전화가 걸려오기 훨씬 전에 환자 진료를 그만둔다. 칼 다이서로스(Karl Deisseroth)는 그러지 않았다. 뇌세포 가운데 원하는 세포만 골라 파란 빛으로 켜고 끄는 방법을 신경과학에 안겨준 Stanford의 과학자는 지금도 중증 정신질환을 앓는 사람들과 마주 앉아, 말로 설명하기 어려운 상태를 표현하려 애쓰는 이들의 이야기를 듣는다. 그는 그런 대화가 실험실에서 다음에 무엇을 시험할지 결정하는 데 곧바로 영향을 준다고 말한다. 그가 이제 공동 수상한 노벨상은 도구의 공로를 인정한다. 하지만 그 도구가 답하도록 만들어진 질문은 여전히 진료실에서 나온다.

이 방법은 ‘옵토제네틱스’라고 불리며, 그 이름도 다이서로스가 직접 붙였다. 단세포 녹조류에서 발견된 단백질 채널로돕신을 활용하는 기술이다. 이 단백질은 빛을 받으면 구멍을 연다. 해당 단백질의 유전자를 특정 신경세포 집단에 넣으면, 주변 세포는 조용히 있는 가운데 그 세포들만 밀리초 단위의 정밀한 시간 조절로 명령에 따라 발화한다. 뇌 부위가 손상됐을 때 나타나는 변화를 관찰해 뇌 영역과 행동을 연결하는 데 여러 세대를 바쳐온 학문 분야에서, 이는 연구자가 마침내 인과관계에 관한 질문을 던질 수 있게 됐다는 뜻이었다. “빛으로 정보를 수집하는 게 아닙니다. 빛을 이용해 실제로 어떤 일이 일어나게 하는 거죠.” 그는 발표 당일 아침 STAT에 이렇게 말했다.

다이서로스는 종양학자 앨버트 다이서로스(Albert Deisseroth)의 아들로 1971년 11월 18일 보스턴에서 태어났으며, 1988년 휴스턴의 St. John’s School을 졸업했다. Harvard에서 생화학을 공부해 1992년 학위를 받은 뒤 서부로 옮겨 Stanford에 진학했다. 그곳에서 리처드 치엔(Richard Tsien)의 연구실 소속으로 1998년 신경과학 박사학위를, 2000년 의학 학위를 취득했다. 그는 의학 공부를 시작할 때만 해도 정신의학은 고려 대상조차 아니었다고 말해왔다. 하지만 레지던트 과정이 생각을 바꿔놓았다. 병동에서 그는 의학계가 세세히 묘사할 수는 있지만 설명은 모호하게밖에 하지 못하는 질환들을 접했고, 그 간극이 그의 연구 과제가 됐다.

그는 2004년 Stanford에 자신의 연구실을 열었다. 그해 7월, 연구 노트에는 채널로돕신을 가진 신경세포에서 빛에 의해 촉발된 활동을 처음 관찰한 기록이 남았다. 이 단백질은 피터 헤게만(Peter Hegemann)과 게오르크 나겔(Georg Nagel)이 조류에서 그 특성을 밝혀낸 것이었다. 이 연구 결과는 2005년 Nature Neuroscience에 실렸으며, 에드 보이든(Ed Boyden)이 제1저자로 참여하고 펑 장(Feng Zhang), 에른스트 밤베르크(Ernst Bamberg), 나겔 등이 공동 저자로 이름을 올렸다. 같은 해 National Institutes of Health는 그에게 Director’s Pioneer Award를 수여했다. 그는 2006년 이 분야에 이름을 붙였고, 2007년에는 살아 있는 쥐의 뇌에서도 스위치가 작동했다. 2010년에는 학술지 Nature Methods가 옵토제네틱스를 올해의 방법으로 선정했다. 그는 2009년부터 Howard Hughes Medical Institute 연구자로 활동하고 있다.

같은 연구실에서 또 하나의 발명이 나왔다. 2013년 다이서로스는 박사후 연구원 정광훈(Kwanghun Chung), 신경과학자 비비아나 그라두나루(Viviana Gradinaru)와 함께 개발한 CLARITY를 설명하는 논문의 수석 저자로 참여했다. CLARITY는 온전한 뇌를 빛과 분자 탐침이 통과할 수 있는 투명한 하이드로겔로 바꾸는 기술이다. STARmap 같은 후속 하이드로겔·조직 화학 기법은 조직을 잘게 자르지 않고도 3차원 공간에서 세포 하나하나의 유전자 활동을 읽어낸다. 이 두 연구 흐름과 나란히, 다이서로스 연구팀과 헤게만 연구팀은 채널로돕신의 고해상도 구조를 규명해 단백질의 통로가 이온과 빛의 파장을 어떻게 선택하는지 설명했다.

2026년 10월 5일 Karolinska Institutet 노벨위원회가 발표한 이번 상은 다이서로스와 헤게만, 나겔에게 “빛으로 작동하는 이온 통로와 옵토제네틱스에 관한 발견”을 공로로 수여됐다. 노벨상은 수상자를 최대 세 명으로 제한하며, 그 제한 때문에 빠진 이들이 있었다. 발표 뒤 소셜미디어에서는 현재 MIT에 있는 보이든을 수상자에서 제외한 데 대해 논평가들의 항의가 특히 거셌다. 보이든은 논평 요청에 응하지 않았다. 위원회가 공개한 자체 배경 자료는 2002년 일반 신경세포를 빛에 민감하게 만드는 데 처음 성공한 게로 미젠뵈크(Gero Miesenböck), 망막 세포에서 채널로돕신을 시험한 판줘화(Zhuo-Hua Pan) 등 다른 선구자들의 공로도 인정한다. 다이서로스는 연구 우선권 문제를 대부분보다 더 공개적으로 다뤄왔다. 그는 2004년 7월의 연구 노트 페이지를 공개했고, 이듬해 비슷한 결과에 도달한 슈테판 헤를리체(Stefan Herlitze), 알렉산더 고트샬크(Alexander Gottschalk), 야오 히로무(Hiromu Yawo), 판 등의 연구실을 꾸준히 언급해왔다. 축하 분위기에서 자주 빠지는 단서도 하나 더 있다. 연구실에서 폭넓게 쓰이는 기술이지만, 임상 적용에 관한 노벨위원회 자체 설명은 시각 장애인의 시력 회복을 시도하는 연구만을 언급한다. 환자들이 기대할 수 있는 정신의학적 성과는 아직 연구 단계에 머물러 있다.

그는 자신이 진료하는 사람들에게 신경 회로가 어떤 의미인지 설명하려는 작업도 해왔다. Random House에서 2021년 출간한 Projections는 환자와의 만남과 감정의 바탕이 되는 신경 회로를 오가며, 정신의학적 상태는 진화의 역사에 뿌리를 둔 연속선상에 있다고 주장한다. 제목은 두 가지 의미를 동시에 가리킨다. 정신과 의사들이 알아보는 방어기제인 투사, 그리고 신경세포가 멀리 떨어진 표적을 향해 뻗는 긴 섬유다.

노벨상 수상 소식은 캘리포니아의 자정을 넘긴 시각에 그에게 전해졌다. 늦게까지 논문 작업을 하다 막 누운 참이었고, 위원회가 세 명의 수상자 가운데 가장 먼저 연락한 사람도 그였다. 그날 밤 녹음한 인터뷰에서 그는 집안 식구들이 모두 잠든 가운데 최근 연구를 소개했다. 연구팀은 빛으로 쥐의 심장 박동을 조절해 심박수 변화가 뇌 상태와 행동에 어떤 영향을 미치는지 살폈다. 스위치를 다루듯 정밀하게 몸에서 뇌로 전달되는 신호를 관찰한 것이다. 수상 발표 당시 그의 나이는 55세였다. 그는 공동 수상자인 두 사람을 자주 협업해온 친구라고 부르며, 오랜 세월 논문과 학회, 맥주를 함께해왔다고 말했다.

이번 노벨상에 앞서 그는 이미 2021년 헤게만, 디터 외스터헬트(Dieter Oesterhelt)와 공동 수상한 Lasker Basic Medical Research Award를 비롯해 여러 상을 받았다. 2018년에는 역대 최연소 수상자로 Kyoto Prize를 받았고, 같은 해 Canada Gairdner International Award도 수상했다. 2016년에는 헤게만과 함께 Harvey Prize를 받았으며, Breakthrough Prize in Life Sciences와 2013년 다섯 명의 다른 옵토제네틱스 연구자들과 공동 수상한 Brain Prize도 그의 수상 경력에 포함된다. 보이든도 Brain Prize 공동 수상자 가운데 한 명이었다. 그는 미국의 과학·공학·의학 분야 국가 아카데미 회원이다.

그는 Stanford의 신경과학자 미셸 몬헤(Michelle Monje)와 결혼해 네 자녀를 두고 있으며, 이전 관계에서 얻은 아들도 한 명 있다. Stanford에서 D.H. Chen 생명공학 석좌교수를 맡는 동시에 정신의학·행동과학 교수로 재직하고, Stanford 병원에서 전문의로 환자를 진료한다.

스톡홀름 시상식은 12월 10일로 예정돼 있다. 시상식이 끝난 뒤에도 일상은 달라지지 않을 것이라고 그는 말한다. 밤늦게까지 논문을 쓰고, 연구실에서 일하고, 자신이 느끼는 것을 설명하는 환자들의 이야기를 듣는 일이다. 그에게 환자들의 말은 여전히 가장 해석하기 어려운 데이터다.

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