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미국의 화학자로서 세포 내 소기관인 리보솜의 3차원 구조를 원자 수준의 정밀도로 밝혀낸 공로로 2009년 벤카트라만 라마크리슈난·아다 요나트와 함께 노벨 화학상을 공동 수상하였다.

1940년 위스콘신주 밀워키에서 태어났다. 그의 가족은 시내에서 패인트가게를 운영하였다. 그의 아버지는 마케트 대학에서 변호사 자격을 취득하여 밀워키 지방병원에서 인사담당 직원으로 일하였고 그의 어머니는 집안일과 양육에 헌신적인 가정주부였다. 스타이츠는 초등학교 시절 모범생은 아니였다. 하굣길에 선배들에게 맞기도 하고 학업에 그리 신경 쓰지는 않았기에 성적표는 낙점에 가까운 점수를 받았다. 농장을 운영하시는 조부모님 댁에 방문했던 것이 그의 삶에 큰 역할을 하였다. 어릴 적 여름의 대부분의 시간을 그곳에서 보내며 자랐다. 고등학교때 음악에 대한 관심을 키워갔으며 밴드와 성가대로 활동하였다. 그는 섹소폰 연주에 부각을 보였는데, 학교 밴드에서 단독 연주를 하거나 합동연주를 하여 금매달을 수상하기도 했다.

로렌스 대학에서 그는 전액 장학금을 받으며 화학을 전공했다. 학교를 통해 세상을 보는 시야가 넓어졌다. 1967년 학생들에게 생물물리학 분야를 알리기 위한 미국 생물학회에서 주최한 MIT에서 열린 컨퍼런스에 참석했다. CPA라는 팀에 속해 아포단백질의 결정체를 결정하는 모임에 들기도 했다. 1966년 하버드대학교에서 생화학과 분자생물학에 관한 논문으로 박사학위를 취득하였다. 하버드 대학이후 1967년부터 1970년까지 분자생물물리학(MRC)연구소에서 데이비드 블로우(David Blow) 팀에서 3년간 연구를 한다. 캐임브리지 분재생물학 연구소는 독특하고도 훌륭한 연구소였다고 그는 말했다. 미국에서 분자와 구조 생물학분야로 전환하거나 다시 연구를 시작한 에 있어 많은 팀을 교육시키고 격려하는 연구소였다. 1970년 예일 대학에서는 효모 핵소키나이제의 구조를 연구하기 시작했다. 1970년 동안 그의 연구실에서 대부분 포도당 유무에 따른 효모 핵소키나이제를 연구하며 보냈다.

그곳에서 세포 내에서 단백질을 만들어 '단백질 공장'이라 불리는 리보솜의 구조와 기능을 규명하는 데 힘써 리보솜의 3차원 구조를 원자 수준의 정밀도로 밝혀내는 데 성공하였다. 원핵생물의 리보솜은 50S와 30S 2개의 소단위체(subunit)으로 이루어져 있는데, 스타이츠는 호염성(好鹽性) 아키아(archaea)인 할로아르쿨라 마리스모르투이(Haloarcola marismortui) 50S 소단위체 구조를 'X-선 단결정법'을 이용하여 리보솜을 이루는 원자 수십만 개의 정확한 위치를 파악하였다. 리보솜을 결정체로 만든 뒤 X-선을 쏘아 리보솜을 이루는 개별 원자들에 부딪혀 꺾이는 패턴을 분석하여 리보솜의 원자 배열구조를 파악하였고, 2000년 이를 바탕으로 리보솜의 3차원 원자 지도를 제시하였다. 이로써 리보솜이 어떤 모양인지, 어떻게 작동하는지 알 수 있게 되었고, 여러 항생제들이 리보솜에 어떻게 달라붙어 기능을 하는지 파악할 수 있게 됨으로써 더욱 효과가 좋은 새로운 항생제를 개발하는 데 크게 기여하였다.

2009년 이러한 공로를 인정받아 아다 요나트(Ada E. Yonath)·벤카트라만 라마크리슈난(Venkatraman Ramakrishnan)과 함께 노벨 화학상을 공동 수상하였다. 요나트와 라마크리슈난은 각각 독자적으로 고온성 세균인 테르무스 테르모필루스(Thermus thermophilus)의 30S 소단위체 구조를 규명하여 동일한 업적을 이루었으며, 세 학자의 발표는 2000년 8월부터 3주 간격으로 발표되었다. 스타이츠는 이밖에 2007년 게어드너재단 국제상(Gairdner Foundation International Award) 등을 수상하였다.

<공동수상>

벤카트라만 라마크리슈난(Venkatraman Ramakrishnan, 1952~)
인도 출신으로 1971년 인도 바로다 대학교를 졸업하고, 1976년 오하이오대학교에서 박사학위를 취득하였다. 이후 브룩헤이븐국립연구소와 유타 대학교 교수를 거쳐 1999년부터 영국 케임브리지의 의학연구위원회(MRC) 분자생물학연구소에서 근무하고 있다. 1970년대부터 리보솜에 대한 연구를 계속하여 2000년 리보솜의 3차원 원자 지도를 제시하였다.

아다 E. 요나스(Ada E. Yonath, 1939~)
이스라엘 건국 이전 예루살렘의 빈민가에서 태어났다. 히브리 대학교를 졸업하고 1968년 바이츠만 연구소에서 박사학위를 취득하였다. 이후 카네기멜론 대학교와 MIT에서 박사후과정을 마치고 이스라엘로 돌아와 10년 가까이 단백질결정학연구소에서 연구하였다. 1979년부터 독일 막스플랑크 연구소와 바이츠만 연구소에서 연구를 병행하였다. '리보솜 연구의 선구자'로 꼽힌다.

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

올해의 노벨 화학상은 단원자의 위치를 확인할 정도의 고분해능으로 리보좀의 결정학적 구조를 밝혀내고, 이 결정학적 구조를 이용해서 리보솜이 유전정보 설계도에 따라 아미노산을 단백질로 만들어 내는 과정과 항생제가 박테리아 병원체에 있는 리보솜을 공격하는 작동원리를 원자 수준에서 밝혀낸 업적에 대해 수여됩니다.

지구상의 모든 생명체는 단백질의 존재와 관련이 있습니다. 단백질은 인체내 생명에 필수적인 화학반응을 촉진시키고, 보고 듣고 맛보고 냄새 맡고 느끼고 경험하고 생각하고 움직이는 모든 것을 가능하게 합니다. 단백질은 우리로 하여금 병원균의 공격에 덜 과민하게 하며, 또한 올해 수상자를 축하하기 위해 우리를 오늘 여기 모이도록 하였습니다. 리보솜에 있는 두 개의 큰 단위체 사이에서 어떻게 단백질이 만들어지는가는 긴 RNA 사슬과 약 50개의 단백질이 관련되는데, 이것은 우리 문명의 실존에 관한 이야기입니다.

잘 정돈된 혼돈이라 할 수 있는 우리의 유전체에는 인체내 모든 단백질 종류를 암호화하는 DNA에 근거한 수천 개의 유전자들이 있습니다. 유전체 내의 단백질 설계도들이 계속해서 각각의 단백질 제조를 위해 메신저 RNA에 복사됩니다. 메신저 RNA가 리보솜을 발견하면 리보솜의 단위체 사이에 정착하여 적당하게 접힌 아미노산 사슬로 번역되며 이것이 활성화된 단백질이 됩니다. 스무 개 아미노산 각각이 고유의 전이 RNA 분자에 연결된 리보솜에 들어갑니다. 리보솜에서 이 전이 RNA 분자는 각각의 아미노산에 대한 메신저 RNA 속에 있는 암호를 인식하고 리보솜 공장은 단백질 설계도를 따라 지시된 순서대로 아미노산을 연결합니다.

1980년대 아다 요나스 박사의 선구적 업적은 결정학 기술을 이용하여 높은 분해능으로 리보솜의 구조를 밝히는 일에 초석을 다졌습니다.

토머스 스타이츠 박사는 1998년에 큰 리보솜 단위체에 관한 상(phase)의 문제를 풀었으며, 그리하여 최초로 리보솜의 결정구조를 밝혀냈습니다.

2000년에는 세 명의 노벨상 수상자 모두가 리보솜 단위체의 고분해능 구조를 발표하였는데, 스타이츠 박사는 큰 단위체에 대해, 라마크리슈난 박사와 요나트 박사는 작은 리보솜 단위체의 구조를 결정하였습니다. 토머스 스타이츠 박사가 밝힌 기능성 복합체 내에 있는 큰 리보솜 단위체의 고분해능 구조는 리보솜에서 아미노산 간에 펩타이드 결합의 형성이 어떻게 촉진되는지에 관한 원자 수준의 이해를 이끌어 냈습니다.

기능성 복합체 내 작은 리보솜 단위체에 관한 벤카트라만 라마크리슈난 박사의 결정구조는 리보솜에 의한 유전정보의 해독이 유전자 설계도에 따라 모든 단백질이 한 치의 오차도 없이 어떻게 정확하게 만들어질 수 있는지에 관해 원자 수준에서 이해할 수 있도록 하였습니다.

라마크리슈난 박사, 스타이츠 박사, 요나스 박사는 어떻게 항생제가 리보솜 기능을 방해하는지, 어떻게 약 타겟 물질의 내성이 전개되는지에 관한 원자 수준의 이해를 돕는 항생제와 복합체를 이루는 리보솜 단위체의 고분해능 구조를 밝혀냈습니다. 이 핵심적인 지식은 박테리아 병원균에서 발견되는 약 내성에 대해 끊임없이 싸우는 의학계의 투쟁 속에서 새로운 항생제 개발을 위해 이미 사용되고 있습니다.

박사님들은 고분해능으로 리보솜의 결정 구조를 확인하였고, 리보솜 기능의 기초적이며 의학적으로 중요한 측면을 밝히기 위해 이와 같은 구조를 능숙하게 활용하여 노벨 화학상을 수상하게 되셨습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대신하여 진심어린 축하를 전해드리며, 이제 앞으로 나오셔서 전하께서 수여하시는 노벨상을 받으시기 바랍니다.

- 노벨 화학위원회 만스 에렌베르그