《 ‘분자과학연구 심포지엄(MFS) 2013’인 ‘미래과학 콘서트’에는 올해 노벨 화학상을 받은 아리에 와르셸 미국 남캘리포니아대 교수를 비롯해 노벨 화학상 수상자 2명과 생리의학상 수상자 2명이 참석한다. 이들은 자신들이 겪은 시행착오와 최근 연구흐름은 물론이고 꿈나무들을 위해 지혜를 나눌 예정이다. 수상자 4명의 주요 업적과 이 중 3명이 보낸 메시지를 통해 ‘미래과학 콘서트’에 거는 기대감을 소개한다. 》
▼ 실제 실험 아닌 이론화학 분야서 수상, “눈에 띄는 한국과학자 꼭 만나보고 싶어” ▼ 아리에 와르셸
스웨덴 왕립과학원 노벨위원회가 9일 3명의 노벨 화학상 수상자를 발표하자 관련 학계에선 다소 의외라는 반응이 나왔다. 이론화학 분야에서 수상자들이 나왔기 때문이다.
노벨위원회는 “빛의 속도만큼 빠르게 일어나는 화학반응을 실제 실험이 아닌 컴퓨터 프로그램을 활용해 이론적으로 수행할 수 있는 기틀을 만든 공로가 크다”고 선정 이유를 밝혔다.
모든 화학반응은 아주 미세한 수준에서 크고 작은 변화를 거치며 이뤄진다. 전자가 원자 사이를 뛰어다니는 미시 세계를 분석하려면 엄청나게 세밀한 계산이 필요하다. 과거 화학자들은 플라스틱 공과 막대를 통해 이러한 화학분자 모델을 분석했다. 이후 컴퓨터 모델이 개발된 덕분에 훨씬 세밀하고 정확하고 간단한 연구가 가능해졌다.
이 컴퓨터 모델 개발에 핵심적인 역할을 한 3명의 공동 수상자 가운데 한 명이 아리에 와르셸 미국 남캘리포니아대 교수다.
와르셸 교수는 1940년 이스라엘 키부츠에서 태어났다. 1966년 테크니온 공과대를 졸업한 뒤 바이츠만 연구소에서 공부했다. 이스라엘 방위군으로 참전할 만큼 조국애도 뜨겁다.
와르셸 교수의 주요 연구 분야는 효소학(Enzymology)이다. 효소는 생체 안에서 일어나는 많은 화학 반응에 촉매로 작용해 반응이 빠르게 일어나도록 돕는다. 효소가 촉매제로 작용해 일어나는 생체 내 화학반응을 ‘효소-촉매화 반응’이라 부른다. 효소학은 다양한 효소-촉매화 반응을 연구하고 효소의 전반적인 작용을 분석하는 학문이다.
와르셸 교수는 컴퓨터 모델링을 이용한 효소-촉매화 반응 연구를 처음으로 시도한 선구자에 해당한다. 1970년대 중반에 연구를 시작한 뒤 꾸준히 발전시켜 획기적인 업적을 쌓았다. 컴퓨터의 빠른 계산능력과 정확성을 바탕으로 효소-촉매화 반응 연구를 진행함으로써 원자 수준에서 그 메커니즘을 분석하는 게 가능하도록 했다.
또 와르셸 교수는 다양한 컴퓨터 계산법을 적용해 생체 분자의 구조-기능 사이 상관관계도 연구했다. 양자역학 및 분자역학 계산법, 생체반응에 대한 분자 동력학 모사법, 단백질의 미시적 정전기 모델 및 자유에너지 섭동법 등이 그가 적용한 대표적인 계산법들로 꼽힌다. 현재 과학자들이 화학반응을 보다 정확하게 예측하는 게 가능해진 이유도 와르셸 교수의 계산법 덕분이다.
방한에 앞서 그는 동아일보에 짧지만 인상 깊은 메시지를 보내왔다.
우선 올해 노벨상 수상 소식을 듣고 “기쁨을 말로 표현하기 힘들다. 꿈이 실현됐다”고 표현했다. 노벨상 수상이 확정된 직후 AFP통신과의 인터뷰에선 “한밤중에 자다 오전 2시에 수상 소식을 들었다. 크게 기대하지 않았다. 처음엔 농담인 줄 알았다. 매우 흥분됐다”며 감격을 전했었다.
와르셸 교수는 공동수상을 한 마르틴 카르플루스 미국 하버드대 화학과 명예교수와 마이클 레빗 스탠퍼드대 구조생물학과 교수에 대한 찬사도 잊지 않았다. 그는 “대단한 업적을 쌓은 분들이다. 덕분에 화학 연구가 전방위적으로 몇 걸음은 크게 진보할 수 있게 됐다”라고 평가했다.
와르셸 교수는 최근엔 생체 분자 기능에 대한 연구에 매진하고 있다고 했다. 노벨상 수상을 계기로 연구도 더 탄력을 받을 것이라는 기대감도 감추지 않았다.
한국 방문이 처음이라는 그는 “‘MFS 2013’이 매우 기대된다”면서 “특히 최근 눈에 띄는 한국 과학자들이 있다. 기회가 된다면 꼭 만나보고 싶다”고 희망을 피력했다. 한국 고교생 꿈나무들과의 만남을 위해 경험에서 우러나오는 생생한 메시지를 전달하겠다는 약속도 잊지 않았다. 프로필
생년: 1940년 국적: 미국, 이스라엘 소속: 미국 남캘리포니아대(USC)
주요 이력
2003년 톨만 메달 2006년 ISQBP 컴퓨터 생명공학상 2013년 노벨 화학상
신진우 기자 niceshin@donga.com ▼ 중동 국가 최초 여성 노벨화학상 수상자 “이 행사로 많은 젊은이들이 과학에 관심갖길” ▼ 아다 요나트
아다 요나트 이스라엘 바이츠만 과학연구소 박사는 중동 국가 최초의 여성 노벨 화학상 수상자다. 세포에서 단백질을 합성하는 리보솜의 소단위체를 3차원 모델로 제시했다. 리보솜 대단위체와 소단위체의 3차원 구조를 각각 규명한 토머스 스타이츠 박사, 벤카트라만 라마크리슈난 박사와 함께 2009년 노벨 화학상을 공동 수상했다.
리보솜은 DNA에 있는 정보를 바탕으로 단백질을 만드는 역할을 한다. 현재 항생제는 세균성 리보솜을 제어함으로써 질병을 치료하고 있기 때문에 생명과학에서 중요한 부분으로 꼽히고 있다.
요나트 박사는 리보솜 소단위체의 3차원 구조를 극저온 X선 결정법으로 규명해 미국 국립과학회원보에 발표했다. 폴리펩티드의 통로를 밝혀내 폴리펩티드가 처음 합성되는 과정부터 단백질을 형성한 뒤 접히는 과정까지 리보솜 안에서 일어나는 일련의 반응에 관여하는 다양한 요소를 알아냈다.
그는 이스라엘에서 랍비의 딸로 태어나 예루살렘 히브리대에서 화학 학·석사학위를 받았다. 바이츠만 연구소에서 X선 결정학을 연구해 이학박사 학위를 취득했다. 해외 학위가 없는 순수 국내파인 셈이다. 이 때문에 자국 연구 인력에게 좋은 모델이 되기도 한다.
여성 노벨상 수상자에 관한 질문을 자주 받지만 과학적 성과와 여성을 한데 묶어 평가하는 것에 큰 의미를 두지는 않는다. 노벨상 수상 이듬해인 2010년 노벨상 수상자 모임인 ‘린다우 미팅’ 강연을 통해 “중요한 것은 과학 그 자체에 집중하는 것이다. 과학자 경력에서 여성이라는 사실이 어떤 식으로 더 어렵게 다가올지는 중요한 것이 아니다”라고 말했다. 그는 또 “여성이 과학을 하기는 어렵다는 말은 옳지 않다”고 강조한다. 젊은 여성들이 과학자로서 가족을 꾸리는 데 대한 두려움을 갖고 있지만 의사 간호사 사업가 등도 한 분야에서 성공하기 위해 오랜 시간을 투자해야 하는 건 마찬가지라고 설명한다. 그는 “당신이 과학을 잘한다면 그것은 충분히 배우고 연구하고 즐겼기 때문이지 당신이 남성이라거나 여성이라서가 아니다”라고 말했다.
요즘 소수만 기초과학에 투신하는 점도 그가 지적하는 부분이다. 그는 “어떤 이들은 교육과 연구를 이해하기 위해서가 아니라 돈을 벌고 생계를 유지하기 위한 수단으로 삼기도 한다”고 꼬집었다. 이어 “요즘 학생들은 자신들의 성취가 사물이 어떻게 작동하는지를 이해하고자 하는 의지가 아니라 지식의 정도에 의해 좌우된다고 믿는다”고 덧붙였다.
그는 과학과 사회의 소통을 위해 다양한 강의를 수년간 해오고 있다. 요나트 박사는 “과학은 사회로부터 지원을 받는다. 과학의 모든 연구결과는 전적으로 사회에 환원돼야 한다”고 강조했다.
요나트 박사는 메시지를 통해 “MFS 2013은 저명 과학자들과의 개인적인 면담을 통해 젊은이들이 과학에 종사하게 하고 다양한 글로벌 이슈를 고분자적 관점에 중점을 둬 보도록 장려하는 역할을 할 것”이라고 기대감을 보였다. 이어 “MFS는 근대 과학에 대한 젊은이들의 열정과 영감을 고취시키고자 각기 다른 분야에서 종사하는 저명한 과학자들과 젊은 학생들을 함께 모아 치르는 행사”라고 덧붙였다.
그는 고분자학의 성과에 대해서도 언급했다. 요나트 박사는 “우리는 자연 혹은 합성작용에서 고분자적 원리에 관한 발견의 중요성에 바탕한 과학적, 기술적 약진을 목격했다”며 “이러한 약진은 보건 질병 등의 주요 문제를 해결하는 데 주요한 역할을 했고 최근 하이테크를 활용한 자동차 산업에서 치료법에 이르는 재료 디자인 분야까지의 큰 진전도 고분자적 접근으로 인한 성과라고 할 수 있다”고 평가했다.
프로필
생년: 1939년 국적: 이스라엘 소속: 바이츠만 과학연구소 주요 이력
2006년 로스차일드 생명과학상 2007년 볼프 화학상 2009년 노벨 화학상
전주영 기자 aimhigh@donga.com
▼ 노벨위 관례 깨고 발견 8년만에 수여 “과학·철학 배우고 나누는 세대간 만남 기대” ▼ 앤드루 파이어
유전 정보의 전달 통제에 대한 연구로 2006년 노벨 생리의학상을 수상했던 앤드루 파이어 미국 스탠퍼드대 교수. 그는 노벨상 수상이 확정되었다는 전화를 받은 직후 장난전화가 걸려왔거나 자신이 꿈을 꾸고 있다고 생각했다고 떠올렸다.
보통 노벨상은 중요한 발견을 한 뒤 적어도 10여 년이 지난 뒤에야 수여하는 것이 노벨위원회의 관례였다. 하지만 파이어 교수가 RNA 간섭현상을 발견한 업적으로 노벨 생리의학상을 수상하기까지는 고작 8년밖에 걸리지 않았다. 그만큼 그의 발견이 해당 분야에서 큰 획을 그은 대단한 업적이라고 풀이할 수 있다.
그동안 RNA는 유전자의 유전 정보를 전달하는 역할만 한다고 알려져 있었다. 이중나선 RNA가 새로운 유전자가 생기는 것을 막아주는 RNA의 간섭이라는 수단으로 통제까지 한다는 것은 당시까지 알려지지 않았던 사실이었다.
파이어 교수의 발견 이후 개발된 RNA의 간섭에 의한 특정 유전자 발현 억제 방식은 유전자 조작을 통한 신약개발 분야에 불을 지폈다. 또 의학계에도 바이러스 감염과 심장혈관 질환, 암, 내분비 장애 등 다양한 질병의 치료에 응용하는 연구가 급증하는 등 수년째 ‘RNA 돌풍’이 계속되고 있다.
1959년 미국에서 태어난 파이어 교수는 프리몬트 고교를 거쳐 버클리 캘리포니아대에서 공부했고 매사추세츠공대에서 박사학위를 받았다. 고교를 졸업할 당시 그는 스탠퍼드대에 진학하기를 희망했지만 입학을 거절당했다. 결국 그는 스탠퍼드대병원에서 태어난 지 44년이 지난 2003년 스탠퍼드 의대 병리학 교수로 부임하는 저력을 보였다.
특히 파이어 교수는 스탠퍼드대에서 특유의 성실성과 겸손함으로 유명하다. 노벨상 수상이 확정된 뒤 스탠퍼드대에서 연 기자회견에서도 “이 분야는 이미 많은 것이 알려져 있으며 (나는) 전체 퍼즐 중 겨우 한 조각에 기여한 것에 불과하다. 운 좋게도 아주 중요한 조각이었을 뿐”이라고 말했다. 하지만 동료들의 이야기는 달랐다.
원래 기초 연구는 아주 지루한 작업이지만 파이어 교수는 꿋꿋하게 일하는 것으로 정평이 나 있다. 그의 오랜 친구이자 카네기연구소 동료였던 데이비드 슈왈츠 박사는 “밤 12시가 넘은 시간에도 그는 묵묵히 현미경 앞에 구부리고 앉아 관찰했고 실험용 동물에게는 먹이를 줬다”며 “그를 아는 사람이면 누구나 노벨상 수상이 놀랍지 않은 일이라고 생각할 것”이라고 말했다.
이 때문에 파이어 교수는 배트를 손에 쥐여주기만 하면 야구공을 멀리 날려버리는 장타자 역할을 과학에서 수행하고 있다는 평가를 받는다. 그는 “나는 지금도 그저 내가 하는 일을 좋아할 뿐이다. 여전히 학생들을 가르치고 연구하고 동료들과 얘기하는 것을 좋아한다”며 “노벨상을 탄 것은 내 연구실과 연구분야를 넘어서는 목소리를 가지게 되는 것을 의미하므로 그 목소리를 꼭 필요한 곳에 쓰겠다”고 말했다.
파이어 교수는 ‘MFS 2013’ 참가에 앞서 “지구와 다음 세대를 지속시키는 데 있어 앞으로 화학과 생물학의 역할은 더욱 중요하다”고 메시지를 보내왔다. 그는 “아직 나는 앞날을 생각할 만큼 젊지만 과거를 되돌아볼 수 있는 중년 세대가 됐다”며 “지속적인 세대의 발전을 위해 경험이 풍부한 화학자들과 생물학자들로부터 많은 것을 배우고 중년 세대에서 체득한 다양한 개념 전략 요령 사실 그리고 교훈 등을 청년 세대에게 가르쳐주는 것에 대해 큰 필요성을 느낀다”고 밝혔다.
무엇보다 그는 “MFS 2013을 통해 과학의 사실과 철학을 배우는 동시에 나누고 전달할 수 있는 세대 간의 만남이 이루어지기를 기대한다”고 강조했다.
프로필
생년: 1959년 국적: 미국 소속: 스탠퍼드대 교수 주요 이력
2002년 마이엔부르크상 2003년 와일리상 2006년 노벨 생리의학상
이진한 기자·의사 likeday@donga.com
▼ 탐정이 되고 싶었던 아이, RNA에서 2개의 ‘분할유전자’ 발견하다 ▼ 리처드 로버츠
어렸을 때는 탐정이 되고 싶었다. 아이의 꿈을 바꿔놓은 것은 선물로 받은 화학실험세트였다. 과학의 세계에 푹 빠졌다. 그런 아이를 아버지는 열정적으로 후원했다.
아이의 화학 실험도구는 점차 늘어났다. 아버지는 서랍과 컵, 보드, 선반이 모두 갖춰진 실험 장비를 구해줬다. 어느덧 아이의 실험은 놀이 수준을 뛰어넘었다. 아버지와 잘 알고 있는 약사로부터 장난감 가게에서 구할 수 없는 화학물질을 얻었다. 아이는 직접 여러 성분을 섞어 화학물질도 만들어냈다.
이 아이는 훌륭한 과학자로 성장했다. 마침내 1993년 노벨 생리의학상을 수상했다. 바로 리처드 로버츠 박사다. 로버츠 박사의 연구 분야는 분자생물학이다.
생물의 유전 정보는 DNA에 저장돼 있다. 그래서 DNA를 유전자의 본체라고 부른다. 이 유전 정보는 주로 DNA에서 RNA(리보핵산)로 전달되고 다시 RNA에서 단백질로 전달된다. 이 개념이 분자생물학의 핵심 원리다.
유전 정보가 DNA에서 RNA로 전달되는 과정을 ‘전사’라고 부른다. RNA에서 단백질로 전달되는 과정은 ‘번역’이라고 한다. DNA의 염기순서는 전사 작용을 통해 보다 구체적인 RNA 염기 순서로 전환된다. RNA의 염기 순서는 번역 작용을 통해 단백질의 아미노산 순서로 바뀐다.
이처럼 유전 정보를 바탕으로 여러 유전자 물질을 생성하는 과정을 ‘유전자 발현’이라고 한다. 전사와 번역은 중요한 유전자 발현 중 하나인 것이다.
세균류와 남조류처럼 핵이 없는 원핵생물은 전사와 번역이 같은 곳에서 동시에 일어난다. 하지만 나머지 모든 진핵생물의 전사는 DNA가 들어있는 핵, 번역은 단백질 합성에 필수적인 리보솜 등이 들어있는 세포질에서 일어난다. 따라서 그 과정은 훨씬 복잡할 수밖에 없다.
이 전사와 번역 메커니즘은 분자생물학의 주된 연구 대상 중 하나다. 로버츠 박사가 노벨 생리의학상을 받은 연구도 이 메커니즘에 관한 것이다.
진핵생물에서 전사와 번역이 일어나려면 우선 핵에서 만들어진 mRNA가 세포질로 이동해야 한다. mRNA는 DNA 유전정보를 세포질 안의 리보솜에 전달하는 RNA의 일종이다.
다만 모든 mRNA가 세포질로 이동할 수 있는 것은 아니다. 초보 형태의 ‘전구체 mRNA’는 세포질로 이동하지 못한다. 전구체 mRNA의 양 끝이 어느 정도 가공된 ‘성숙 mRNA’가 세포질로 이동한다.
전구체 mRNA는 ‘인트론’과 ‘엑손’ 부분으로 이루어졌다. 이 두 부분이 ‘이어 맞추기’란 과정에 의해 인트론이 제거되고 엑손만 남아 성숙 mRNA가 된다. 성숙 mRNA는 세포질에서 리보솜에 붙어 리보솜이 단백질을 합성하는 데 필요한 유전 정보를 제공한다. 따라서 단백질의 아미노산 순서는 DNA 또는 전구체 mRNA가 아닌 성숙 mRNA의 염기 순서에 의해 결정된다.
로버츠 박사는 1977년 아데노바이러스-2 DNA가 인트론과 엑손 부분으로 이루어졌음을 과학저널 ‘셀’에 발표했다. RNA에서 2개의 ‘분할유전자’를 발견한 것이다. 이 업적을 인정받아 16년 뒤인 1993년 노벨 생리의학상을 수상했다.
로버츠 박사는 1972년 무렵 수많은 미생물로부터 새로운 ‘제한효소’를 정제하는 기술을 개발했다. 제한효소는 유전공학에서 재조합 DNA를 만들 때 사용하는 특수한 효소다. 1980년 무렵에는 세상에 알려진 제한효소의 75% 이상이 그의 실험실에서 분리됐다. 관련 업체들이 이 효소들을 상업적으로 활용할 기미를 보이자 로버츠 박사는 이를 무료로 과학자들에게 제공하기도 했다.
프로필
생년: 1943년 국적: 영국 소속: 미국 뉴잉글랜드 바이오랩스
주요 이력
1993년 노벨 생리의학상 1995년 영국왕립학회 펠로 2008년 영국 최하위 훈작사(Knight Bachelor)
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