- 분열 직전의 세포 내부. 붉은색은 염색체이며 녹색은 이를 둘러싼 핵막이다. 컴퓨터에서 이 영상을 3차원 축 에 따라 돌려가면서 입체 형태로 확인할 수 있다./독일 루드비히 막시밀리언대 제공
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살아있는 세포의 내부를 3차원 컬러 영상으로 볼 수 있는 초정밀 광학현미경이 개발됐다. 독일 루드비히 막시밀리언대의 하인리히 레온하르트(Leonhardt) 교수와 미 샌프란시스코 캘리포니아대의 존 시대트(Sedat) 교수 공동 연구진은 지난 6일자 '사이언스'지에 발표한 논문에서 "세포 내부의 핵과 염색체를 100나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 단위로 볼 수 있는 3차원 광학현미경을 개발했다"고 밝혔다.
일반적인 광학현미경은 가시광선 파장의 절반에 해당하는 약 200나노미터의 해상도밖에 구현하지 못한다. 따라서 두 물체가 200나노미터 이하로 떨어져 있으면 한 물체로 보일 수밖에 없다.
파장이 더 짧은 전자를 사용하는 전자현미경을 이용하면 훨씬 정밀한 관찰이 가능하지만 흑백영상만 가능하다는 단점이 있다. 또 극저온에서만 작동하기 때문에 살아 있는 세포는 볼 수 없다.
연구진은 가시광선보다 파장이 짧은 레이저 광선을 이용해 광학현미경보다 해상도가 높은 영상을 얻어냈다. 상온에서 관찰이 가능하기 때문에 세포를 살아있는 상태로 관찰할 수 있다.
특히 3차원 영상은 무아레(Moire) 무늬라고 불리는 간섭 현상 덕분에 가능했다. 무아레란 '물결무늬'라는 프랑스어에서 유래된 용어로, 모양이 같은 선이나 도형을 겹쳐놓고 움직이면 빛의 간섭에 따라 물결모양의 무늬가 생기는 것을 말한다. 모기장을 두 장 겹쳤을 때나 얇은 한복을 보면 표면에 일렁이는 무늬가 바로 그것이다. 무아레 무늬는 물체의 3차원 구조에 따라 형태가 달라지기 때문에 자동차나 비행기 표면이 고른지, 척추가 휘어졌는지를 알아보는 데 쓰인다.
연구진은 하나의 레이저 광선을 여러 개로 나눠 동시에 세포에 쏘았다. 레이저 광선은 세포와 부딪친 다음 휘어지면서 서로 간섭해 무아레 무늬를 만들어 내는데, 이를 컴퓨터로 처리해 3차원 구조를 확인했다.
컬러 영상은 레이저 빛이 세포에 미리 처리한 염료와 반응하면서 나타난다. 핵과 염색체를 각각 다른 염료로 염색하면 색으로 구분을 할 수 있다. 기존 광학현미경을 통해서 보면 세포 내 염색체들이 서로 뭉쳐진 듯 흐릿하게 보였지만 새로운 광학현미경을 이용하면 염색체 하나하나를 선명하게 구별할 수 있다.
하나의 레이저를 여러 개로 나눠 세포에 쏘면 간섭현상에 의해 3차원 구조정보를 파악할 수 있다. 붉은색은 분열 직전의 세포 핵에 있는 염색체다. /독일 루드비히 막시밀리안대 제공= 이영완 기자