[와우! 과학] 세포 한 개의 무게를 재는 저울 등장

과학자들은 현미경을 이용해 세포 하나의 크기까지 정확하게 잴 수 있다. 최근에는 전자 현미경을 포함한 더 미세한 관측 장비를 통해 세포 소기관같이 더 작은 구조물의 크기와 형태도 파악할 수 있다.

하지만 세포 하나의 무게를 정확하게 측정하는 일은 매우 어렵다. 세포 하나만 분리하기도 힘들지만, 분리하더라도 세포의 무게를 정확하게 측정할 수 있으려면 1/1,000,000,000,000g(1조분의 1g)의 무게를 측정할 수 있는 저울이 필요하기 때문이다. 따라서 대부분 세포의 무게 추정은 간접적인 방식으로 이뤄졌다.

앞으로는 달라질 것으로 보인다. 취리히에 있는 스위스 연방공과대학을 비롯한 다국적 연구팀이 세포 하나의 무게를 실시간으로 측정할 수 있는 방법을 저널 네이처에 공개했기 때문이다.

연구팀은 우선 한 쪽 끝이 고정된 작은 막대기 위에 사람 세포 하나를 분리해서 올려놓는 연구를 진행했다. 이 과정도 간단하지는 않지만, 더 큰 문제는 세포 하나의 무게를 측정하는 방법이다. 당연히 기존 방식의 저울은 이렇게 작은 무게 변화를 감지할 수 없다.

연구팀은 레이저와 진동을 이용해서 이 문제를 극복했다. 우선 청색광 펄스 레이저를 세포가 놓인 막대에 발사해 막대기를 진동시킨다. 동시에 적외선 파장 레이저를 이용해서 이 진동수를 계산한다. 비록 미세한 차이지만, 빛의 속도로 진동을 측정하기 때문에 세포를 올려놓기 전과 후의 진동 차이를 계산할 수 있다. 그러면 역으로 무게 계산이 가능해지는 것이다.

이 방식의 가장 큰 장점은 세포 자체를 파괴하거나 변형시키지 않고 실시간으로 무게 측정이 가능하다는 것이다. 원한다면 밀리초(millisecond·1/1000초) 단위의 질량 변화를 감지할 수도 있고 반대로 수일에 걸쳐 질량 변화를 추적할 수 있다.

이를 통해서 세포가 바이러스에 감염되는 과정에서 무게 변화나 여러 가지 대사 과정에서 질량 변화를 실시간으로 연구할 수 있게 되었다. 연구팀은 스위스 회사인 Nanosurf AG와 협력해 이 기술을 상용화시키기 위해 노력하고 있다.

역사적으로 과학 기술이 발전함에 따라 과거에는 측정하기 어려웠던 매우 큰 단위나 작은 단위의 측정이 가능해졌다. 그리고 측정 기술의 발전은 다시 관련 과학의 발전을 가져와 전체 과학 발전에 기여했다. 앞서 예를 든 현미경이나 전자 현미경이 미세 관측의 사례라면 천체 망원경이나 전파 망원경은 반대로 엄청나게 큰 물체를 관측하고 측정할 수 있게 도와 과학을 크게 발전시켰다. 앞으로 과학자들이 세포같이 작은 물체의 질량을 실시간으로 측정할 수 있는 장치를 얻게 되면 여러 가지 흥미로운 연구가 가능할 것으로 기대된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com