왜 음식을 보는 것만으로 군침이 도는지 궁금해 본 적이 있는가? 일본 국립유전학회(NIG)의 과학자들은 제브라피시의 특정 영역의 신경세포 활동을 시각화함으로써 음식의 시각적 인식과 식욕 간에 직접적인 연결을 밝혀냈다. 4월 20일 네이처 커뮤니케이션에 발표된 이 논문은 눈으로 먹는다는 것이 진화와 밀접하게 관련이 있다는 것을 보여주고 있다.

척추동물에서 먹는 활동은 시상하부(hypothalamus)라고 불리는 뇌 영역이 조절한다. 시상하부 음식 섭취 센터는 신체의 에너지 요구량과 환경적 음식 가용성 정보를 통합한다. 제브라피시는 사람과 마찬가지로 시각을 이용하여 음식이나 먹잇감을 인지한다. 어떻게 시상하부가 먹잇감에 대한 시각적 정보를 접수하는지는 알려져 있지 않았다.

이번 연구는 시상하부의 신경세포가 먹잇감이 시야에 들어올 때 실제로 반응한다는 것을 최초로 증명했다. 이후 먹잇감에 반응하는 시각계통의 신경세포를 관찰하여 프리텍텀(pretectum)이라고 불리는 ‘먹잇감 탐지기’를 발견했다. 더 나아가 먹이 탐지 신경세포가 시상하부 음식 섭취 센터와 먹잇감 탐지기 사이에 직접적으로 연결된 것을 밝혀냈다.

이 발견의 열쇠가 된 것은 최근 유전적으로 인코딩된 고감도 칼슘 지시약인 GCaMP의 개발과 개량에 따른 진전이었다. 이 지시약은 칼슘 신호의 형태로 신경 활동을 모니터링하는데 사용된다. 또 다른 중요한 기술은 GCaMP가 발현하도록 특정 뉴런을 제어하는 방법이다. 이 기술은 식별이 가능한 신경세포에서 나온 특정 칼슘 신호를 기록하는데 핵심 요소다.

수석 저자인 카와카미 교수는 수천 마리의 제브라피시가 들어 있는 시설을 보여주었는데, 각각 수조에 담긴 제브라피시는 다른 영역의 뇌세포나 체세포에서 GCaMP를 켜고 끄거나 유발할 수 있는 유전적으로 다른 것들이었다. 이 유전자 변형 물고기는 세계 각지에서 제브라피시를 이용해 다양한 조직과 세포를 연구하는데 사용된다. 거의 2,000종의 유전자 변형 제브라피시 중에 두 종이 이번 연구에 중요한 역할을 했는데, 하나는 먹잇감 탐지 뉴런 이미지 처리용이었고 다른 하나는 시상하부의 음식 섭취 센터를 모니터링하는 것이었다.

성공적인 뇌 영상은 20년 이상 들여 구축한 유전 자원을 통해 가능할 수 있었다. 이것은 제브라피시 유전학의 힘이다. 이것은 우리의 유전 자원을 뇌 기능 연구에 성공적으로 적용할 수 있음을 보여주는 사례라고 카와카미 교수가 말했다. 이 연구는 척추동물의 음식에 대한 시각적 인식이 음식 섭취 행위에 동기부여와 밀접하게 연결되어 있음을 증명한 것이다. 이것은 음식 섭취를 이해하고 정상상태 및 섭식장애를 어떻게 조절할 수 있는지를 알 수 있는데 중요한 단계라고 주저자인 무토 박사가 말했다.

20년이라는 시간을 투자하여 육성한 유전 자원을 통해 뇌 기능 연구 및 이해에 많은 도움을 받고 있음을 보여주고 있다.