Scientists hacked a locust’s brain to sniff out human cancer

과학자들, 메뚜기 뇌 반응 통해 암세포 구분에 성공

메뚜기 뇌를 이용해 암세포를 감지한 연구 결과가 발표됐다. 이번 연구를 바탕으로 언젠가는 곤충을 이용한 호흡검사를 통해 질병을 감지할 수 있게 되거나 새로운 장치가 개발될지도 모른다.

‘사이보그 메뚜기 뇌’가 인간이 암에 걸렸는지 여부를 알려주는 신호를 감지해 낼 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 이번 연구가 향후 암 검진에 사용할 수 있는 ‘곤충을 이용한 호흡검사’나 이와 유사한 방식으로 작동하는 인공적인 장치 개발로 이어질 수 있을지 주목된다.

미시간주립 대학교의 신경공학자 데바짓 사하(Debajit Saha)는 사람이 내뿜는 화학물질의 변화는 매우 미묘하기 때문에 최첨단 기술로도 감지하기 어렵지만 동물들은 냄새의 그런 미묘한 변화를 해석할 수 있게 진화했다는 점에 착안해 메뚜기의 뇌 반응을 통해 인간의 암세포를 구분해 내는 게 가능한지 알아보기로 했다.

연구진이 메뚜기를 연구 대상으로 선정한 건 최근 몇 년 동안 메뚜기에 대한 연구가 많아 관련 자료를 많이 얻을 수 있었기 때문이다.

연구진은 수술을 통해 살아 있는 메뚜기의 뇌를 드러낸 뒤 메뚜기가 냄새를 감지하기 위해 사용하는 더듬이로부터 신호를 받는 뇌엽 부분에 전극을 삽입했다. 동시에 세 가지 다른 유형의 사람의 구강암 세포와 암이 없는 구강 세포를 배양한 뒤 장치를 사용해서 각 세포 유형에서 나온 가스를 포착하여 메뚜기 더듬이에 전달했다.

그러자 메뚜기 뇌는 세포 유형별로 각기 다른 반응을 보였다. 기록된 전기 활동 패턴에 차이가 워낙 뚜렷해서 연구진은 한 세포 유형에서 나온 가스를 메뚜기 더듬이에 전달하면 반응 기록만 보고도 해당 세포가 암세포인지를 정확하게 파악할 수 있었다. 사하는 “암을 감지하는 도구로 살아있는 곤충의 뇌를 사용한 실험은 이번이 처음”이라고 밝혔다.

연구진 제공

이번 연구에 대한 반응은 엇갈렸다.

뉴질랜드 웰링턴빅토리아대학교에서 나노물질 기반의 건강 진단 센서를 개발하고 있는 나탈리 플랭크(Natalie Plank)는 “이번 연구는 매우 대단하다”면서 “호흡검사만으로 암에 걸릴 위험이 있는지 알아낼 수 있는 기술의 잠재력은 실로 엄청나다”고 호평했다.

반면 영국 워릭대학교에서 센서를 개발하는 공학자 제임스 코빙턴(James Covington)은 암센터에서 그런 장치가 이용되는 날이 올 것이라고 확신하지 않는다. 그는 이번 연구에 대해 “과학적으로는 매우 흥미로운 실험”이라면서도 “어떤 장치를 암 검사용으로 승인받는 데까지 매우 어려움이 많다”고 설명했다.

그는 또 사람들이 곤충을 이런 식으로 이용하는 것을 편안하게 느끼지 않을 수 있다는 점도 지적했다. 코빙턴은 폭발물을 탐지하도록 훈련된 꿀벌들을 예로 들면서, “실험이 끝나고 나면 그런 꿀벌들은 원래 삶으로 돌려보내져 다시 멋진 삶을 살 수 있게 된다”면서 “하지만 이번 실험에 사용된 메뚜기들은 다시 정상적으로 살아갈 수 없다”고 말했다.

사하는 메뚜기들이 고통을 느끼지 않기 때문에 마취가 필요하지 않다고 주장하지만, 곤충들도 ‘고통스럽다’고 느낄 만한 것을 감지하고 피할 수 있으며 다친 후에는 ‘만성 고통’과 비슷하게 부상 부위가 매우 민감해진다는 것을 보여주는 연구 결과도 나오고 있다.

이에 대해 사하는 “실험에 사용한 메뚜기는 신체 기능 측면에서는 사망한 것”이라며 “우리는 그저 메뚜기의 뇌만 살아있게 유지하고 있다”고 밝혔다.

플랭크는 연구진이 암을 감지하는 데 메뚜기 더듬이에서 어떤 수용체가 가장 중요한지 알아낼 수 있다면 실험실에서 유사한 장치를 개발해서 살아있는 메뚜기 대신에 사용할 수 있을지도 모른다고 말했다. 그녀는 “자신의 연구에서 초파리 수용체를 모방해 실험실에서 만들어낸 단백질을 사용한다”면서 “장기적으로 보면 이번 연구에서 사용한 시스템을 대규모 검사 기술로 개발하기 위해 사용할 수 있는 다른 방법들이 있을 것”이라고 기대했다.

한편 메뚜기뿐만 아니라 다른 동물들도 인간이 병에 걸렸다는 신호를 찾아내도록 훈련시킬 수 있다. 예를 들어, 개를 훈련시키면 주인의 혈당 수치가 떨어지는 것을 감지하거나 주인이 암, 결핵, 심지어 코로나19에 걸렸는지도 감지할 수 있다.

이런 식으로 동물들이 질병을 감지할 수 있는 것은 사람이 체취나 호흡을 통해 방출하는 화학물질을 동물이 감지할 수 있기 때문인 것으로 보인다. 사람이 내뿜는 화학물질은 그 사람의 신진대사에 따라 달라질 수 있는데, 이는 사람이 병에 걸리면 변하는 것으로 알려졌다.

그러나 개를 이런 식으로 훈련시키고 돌보는 데는 많이 돈이 든다. 또한 개의 코를 모방하는 장치를 만들기도 쉽지 않다. 

미리보기 3회1회

MIT Technology Review 구독을 시작하시면 모든 기사를 제한 없이 이용할 수 있습니다.