에릭 베치그

1. 개요

에릭 베치그는 미국의 물리학자이자 초고해상도 형광 현미경 기술 개발에 기여한 인물이다. 1983년 캘리포니아 공과대학교에서 물리학 학사 학위를, 1988년 코넬 대학교에서 응용 물리학 박사 학위를 취득했다. 벨 연구소에서 반도체 물리학 연구원으로 일하며 실온에서 개별 형광 분자를 이미지화하는 데 성공했고, 이후 앤아버 머신 컴퍼니에서 연구 개발 부사장으로 근무했다. 2002년 뉴 밀레니엄 리서치를 설립하여 광활성 국소화 현미경법(PALM)을 개발했으며, 하워드 휴즈 의학 연구소의 자넬리아 팜 연구 캠퍼스에서 초고해상도 현미경 기술 개발을 이끌었다. 2014년 슈테판 헬, 윌리엄 E. 모어너와 함께 노벨 화학상을 공동 수상했으며, 2016년 교황청 과학 아카데미의 학술 회원이 되었다.

2. 초기 생애 및 교육

베치그는 1960년 미시간주 앤아버에서 엔지니어인 아버지 로버트 베치그와 어머니 헬렌 베치그 사이에서 태어났다. 어린 시절 항공우주 산업 분야에서 일하기를 희망했던 그는 캘리포니아 공과대학교(칼텍)에서 물리학을 공부하여 1983년 이학사 학위를 받았다.

이후 코넬 대학교로 진학하여 마이클 아이작슨과 아론 루이스의 지도를 받으며 응용 물리학 및 공학 물리학을 연구했다. 1985년에 이학 석사 학위를, 1988년에 철학 박사 학위를 취득했다。 박사 과정 동안에는 기존 광학 현미경의 이론적 해상도 한계인 0.2 마이크로미터를 넘어서는 고해상도 광학 현미경 개발에 집중했다.

3. 경력

캘리포니아 공과대학교에서 물리학을 전공하여 1983년에 학사 학위를 받았고, 이후 코넬 대학교에서 응용 물리학과 기초 공학을 공부해 1985년 석사 학위와 1988년 박사 학위를 취득했다.

박사 학위 취득 후에는 벨 연구소의 반도체 물리학 연구 부서에서 경력을 시작했다. 1996년에는 학계를 떠나 아버지 로버트 베치그가 소유한 Ann Arbor Machine Company의 연구 개발 부소장으로 합류했다. 이곳에서 유연 적응 서보 유압 기술(Flexible Adaptive Servohydraulic Technology, FAST)을 개발했으나 상업적으로 성공하지는 못했다.

이후 현미경 연구 분야로 돌아와 광활성 국소화 현미경법(photoactivated localization microscopy, PALM) 개발에 성공했다. PALM 개발은 친구와 각각 50씩 출자하여 친구의 차고에서 진행되었다. 2006년에는 하워드 휴즈 의학 연구소의 자넬리아 팜 연구 캠퍼스에 그룹 리더로 합류하여 초고해상도 형광 현미경 기술 개발에 참여했다.

3.1. 벨 연구소

1988년 코넬 대학교에서 박사 학위를 취득한 후, 1989년 벨 연구소의 반도체 물리학 연구 부서에 합류했다. 1992년에는 윌리엄 L. 맥밀런 상을 수상했다.

당시 벨 연구소의 동료였던 윌리엄 E. 모어너는 애베 회절 한계로 알려진 0.2μm의 한계를 넘어서는 광학 현미경을 개발했으나, 이 현미경은 절대 영도에 가까운 극저온에서만 작동한다는 한계가 있었다. 모어너의 연구에 영감을 받은 베치그는 1993년 상온에서 개별 형광 분자를 이미지화하고 0.2μm 미만의 해상도로 위치를 결정하는 데 최초로 성공했다. 이 성과로 그는 윌리엄 O. 베이커 연구 혁신상(이전 명칭: 미국 국립 과학 아카데미 연구 혁신상)을 받았다.

1996년 베치그는 학계를 떠나 부친 로버트 베치그가 소유한 Ann Arbor Machine Company의 연구 개발 부소장으로 자리를 옮겼다.

3.2. 앤아버 머신 컴퍼니

1994년, 베치그는 학계와 벨 연구소의 기업 구조 불확실성에 실망하여 두 곳을 모두 떠났다. 그는 1996년까지 몇 년간 전업 주부로 지내다가, 그의 아버지 로버트 베치그가 당시 소유주였던 앤아버 머신 컴퍼니(Ann Arbor Machine Company)의 연구 개발 부사장(부소장)으로 합류하며 다시 일하기 시작했다. 이 회사에서 그는 유연 적응형 서보유압 기술(Flexible Adaptive Servohydraulic Technology, FAST)을 개발했지만, 수백만 달러를 투자했음에도 불구하고 상업적으로는 성공하지 못하고 단 두 대의 장치만을 판매하는 데 그쳤다.

3.3. 학계 복귀

1996년 벨 연구소를 떠나 아버지의 회사인 Ann Arbor Machine Company에서 연구 개발 부문 부소장으로 일하며 유연 적응 서보 유압 기술(Flexible Adaptive Servohydraulic Technology, FAST)을 개발했지만 상업적으로는 성공하지 못했다.

2002년, 베치그는 현미경 분야로 돌아와 미국 미시간주 오케모스에 뉴 밀레니엄 리서치(New Millennium Research)를 설립했다. 마이클 W. 데이비슨(Michael W. Davidson)의 형광 단백질 연구에서 영감을 받아, 그는 빛 펄스를 사용하여 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 해상도보다 더 높은 해상도의 이미지를 생성하는 형광 단백질 제어 방법인 광활성 국소화 현미경(photoactivated localization microscopy, PALM)을 개발했다. 그는 옛 벨 연구소 동료인 하랄트 헤스(Harald Hess)와 함께 헤스의 거실에서 이 기술을 연구했으며, 친구와 각각 50씩 출자하여 개발을 진행했다. 그들은 두 달도 채 안 되어 PALM 기술을 기반으로 한 최초의 광학 현미경 프로토타입을 제작하여 광범위한 주목을 받았다. 그해 10월, 하워드 휴즈 의학 연구소(HHMI)의 자넬리아 팜 연구 캠퍼스가 그를 고용했지만, 당시 그의 연구실은 아직 건설 중이었다.

2006년 초, 그는 자넬리아 팜 연구 캠퍼스에 정식으로 그룹 리더로 합류하여 초고해상도 현미경 기술 개발에 전념했다. 그는 이 기술을 사용하여 인간 배아의 세포 분열을 연구하는 등 중요한 연구를 수행했다. 2010년에는 막스 델브뤽 상 수상을 제안받았으나 이를 거절했고, 상은 샤오웨이 좡(Xiaowei Zhuang)에게 돌아갔다.

4. 주요 연구 업적

에릭 베치그는 광학 및 현미경 분야, 특히 기존의 회절 한계를 극복하는 초고해상도 현미경 기술 개발에 크게 기여했다. 그의 연구는 근접장 주사 광학 현미경(NSOM)을 이용한 단일 분자 관찰에서 시작하여, 광활성 국소화 현미경(PALM) 기술 개발로 이어졌다. PALM 기술은 형광 단백질을 이용하여 세포 내부 구조를 나노미터 수준의 해상도로 관찰하는 것을 가능하게 했다. 또한, 격자 광시트 현미경 개발을 통해 살아있는 세포나 배아를 장시간 동안 고해상도로 관찰하는 새로운 길을 열었다.

이러한 혁신적인 현미경 기술 개발 공로를 인정받아, 베치그는 슈테판 헬, 윌리엄 머너와 함께 2014년 노벨 화학상을 수상했다. 그의 연구는 생물학, 의학 등 다양한 분야에서 미시 세계를 탐구하는 데 중요한 도구를 제공하고 있다.

4.1. 주요 논문

* 1992: 근접장 광학: 회절 한계를 넘어서는 현미경, 분광법 및 표면 변형, 에릭 베치그, J.K. 트라우트만 - 사이언스
* 1993: 근접장 주사 광학 현미경을 이용한 단일 분자 관찰, 에릭 베치그, R.J. 치체스터 - 사이언스
* 2006: 나노미터 해상도로 세포 내 형광 단백질 영상화, 에릭 베치그, G.H. 패터슨, R. 수그랏 - 사이언스
* 2014: 격자 광시트 현미경: 고해상도 시공간 해상도로 분자에서 배아까지 영상화, G. 세이두, U.S. 툴루, D.P. 키에하트, 에릭 베치그 - 사이언스

5. 수상 경력

6. 개인사

베치그는 두 번 결혼했다. 그의 첫 번째 아내는 응집 물질 물리학자 루비 고쉬였으며, 그와의 사이에 두 아들 케이든과 라비가 있다. 그의 두 번째 아내는 생물물리학자 나 지이며, 그와의 사이에 세 자녀 맥스, 미아, 조이가 있다.