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노벨상인물

아서 콘버그 Arthr Kornberg

아서 콘버그 [이미지]
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NIH (미국국립보건원)
  • 작성 2015-03-16
  • 조회 2,488
  • 출생03/03/1918
  • 국적 미국 뉴욕 브루클린
  • 분야생화학
  • 소속미국국립보건원(NIH)
  • 출신대학로체스터 대학교 대학원 석사
  • 주요업적DNA와 RNA의 생물학적 합성 기전에 관한 연구
  • 수상노벨생리의학상(1959)
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인물정보

미국의 생화학자. 미생물의 중간대사, 특히 조효소 I·II, FAD의 생합성분해의 연구로 뛰어난 업적을 올렸다. DNA 중합효소를 발견한 공로로 1959년 S.오초아와 함께 노벨생리·의학상을 수상하였다. 1967년에는 증식활성이 있는 박테리오파지인 DNA합성에 성공하였다.

아서 콘버그의 부모님은 오스트리아의 갈리시아에서 1900년에 뉴욕 부르클린으로 이민와 1904년 결혼하였고, 3명의 아들 중 그는 막내로 태어났다. 그의 아버지는 6개 언어를 구사 할 수 있었지만 정규 교육은 받지 못했으며 망토를 전문으로 하는 재단사였다. 거의 30년 동안 그의 아버지는 재봉틀 직공으로 뉴욕 동남부의 옷가게에서 일을 했다. 건강 악화로 일을 그만 둔 후 브루클린에서 철물점을 운영하기 시작한다. 아서 콘버그가 9살이 되던 해, 그는 학교 공부와 병행하며 주기적으로 일을 돕기 시작한다. 이후에도 콘버그는 대학에 다니면서도 남성복 가게에서 일하곤 했다. 콘버그의 적은 수입은 경제 대 공항으로 인해 큰 타격을 입은 가족의 생계에 큰 보탬이 되었다. 1939년 콘버그의 어머니는 담낭 수술을 받은 후 포자 감염으로 돌아가셨다. 이 사건으로 그는 포자에 관심을 갖게 되었다.

초등학교 때부터 그는 기본과정을 건너 뛸 정도로 우등생 이였다. 15살에 아브라함 린컨 고등학교(Abraham Lincoln High School)를 졸업했고, 1933년 뉴욕 대학교에서 공부를 시작하여 4년 후 생화학과에서 학사학위를 받는다. 콘버그는 그 분야를 더 공부하기를 원했지만, 더 나은 생계를 유지할 수 있는 의대에 진학한다.

1941년 로체스터대학을 졸업한 후 대학과 연계된 스트론(Stron Memorial)병원에서 인턴십을 시작한다. 그는 로체스터 대학교에서 실비 루스 레비(Sylvy Ruth Levy)를 만나 결혼하였고, 생화학과를 전공한다. 당시 베데스다 국가 암연구소에서 연구를 시작했던 실비의 도움으로 분야에 대한 지식을 넓힐 수 있었다. 2차 세계대전이 발발했던 1942년, 그는 미국 연안 경비대 중위로 임명되었고 전쟁 동안 바다에 남아 군복무를 감당하게 될 것이라는 그의 예상은 뜻하지 않게 1942년 미국 국립보건원(NIH) 이사였던 로버트 디어(Robert Dyer)를 만나면서 바뀌게 되었다. 1942년부터 1945년까지 콘버그는 미국 국립보건원(NIH)에서 생리학의 부분인 영양부문을 연구한다. 로버트 디어(Robert Dyer)는 황열병 백신 예방접종주사를 맞은 군인들 중 황달이 발병한 것에 대해 연구하고 있었기 때문에 특히 콘버그의 발견에 관심을 갖게 되었다. 콘버그의 연구에 감명을 받은 디어는 콘버그를 NIH로 이전시켰다. 그 후 1947부터 1952까지 엔자임과 신진대사부문에 대해 연구한다. 견습생 시절 그는 그와 동료의 혈액에 있는 빌리루빈 단계를 만들어 냈다. 콘버그는 가벼운 황달을 겪고 있었기 때문에 그 연구에 열정적 이였다.

1946년 뉴욕 의대의 세베로 오초아(Severo Ochoa)교수와 워싱턴 의대 교수 칼 코리(Carl Cori)에게 효소학에 관해 배웠다. 조효소와 무기피로포스파티의 효소의 통합방법에 대한 초기 연구에서부터 그의 관심사였던 핵산의 생합성 특히 DNA로 연구를 확장했다. 퓨린 뉴클레오티드 합성과 미리미딘의 진로에 관한 주요 단계를 밝혀낸 후, DNA안에 구성요소를 모으는 효소를 발견하였고, DNA 폴리메라아제라고 이름 붙였다. 잘 알려진 효소의 등급은 유전적으로 정확한 DNA를 만들고, DNA의 재결합과 복원, 복제에 필수적인 것이다. 이 효소는 생명공학 혁명을 일으키는데 일조한 재조합형 DNA의 발견의 토대이다.

1959년, 콘버그와 오초아(Ochoa)은 리보핵사노가 다옥시리 보핵의 생물학적 통합에 관한 방법을 발견한 공로로 노벨 생리 의학상을 공동수상 하였다. 뉴욕타임즈는 “콘버그의 연구는 삶의 지속성과 신생의 많은 문재들을 명확하게 했다”라고 언급했던 노벨 수상자 테오렐의 말을 인용하기도 하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

덴마크에는 “생명이 지속되려면 두 사람이 있어야만 한다”라는 오래전부터 전해오는 감상적인 노래가 있습니다. 이 노래를 지은 사람은 남자와 여자를 생각했겠지만, 이것이 기초적인 생물학적 관점과도 맞아떨어진다는 것은 아마도 알지 못했을 것입니다. ‘생명’이 ‘지속되기’ 위해서는 두 가지가 필요합니다. 그 하나는 단백질이고, 또 다른 하나는 핵산입니다. 남자와 여자가 인류의 존속을 책임지는 것과 마찬가지로, 단백질과 핵산의 상호작용은 유일하게, 그리고 보편적으로 반복되는 생명의 근본적인 기전입니다. 바이러스, 세균, 식물 및 동물을 구성하는 많은 물질에서 다른 모든 것들은 변화할지 몰라도, 단백질과 핵산은 생명을 지탱하는 요소로서 항상 존재합니다.

이 두 가지에는 중요한 특징이 있습니다. 분자들은 매우 크며, 수천 개의 작은 단위들이 연결되어 마치 진주 목걸이 같은 나선형의 사슬을 만듭니다. 각각의 나선형 사슬이 서로 복잡하게 꼬여 결합하고 있으며, 여기에는 단백질이나 핵산 또는 이 두 가지가 모두 포함되어 있습니다. 혼합된 이 ‘거대 분자’에서 생명 반응은 밀접하게 관련되어 있는 가닥들의 독특한 형태에 따라 진행됩니다.

단백질을 구성하는 기본 단위는 아미노산입니다. 이 지구상에서 자연적으로 발견되는 아미노산은 약 20개입니다. 핵산의 기본 구성 성분인 뉴클레오티드는 질소를 함유하는 염기와 당, 그리고 인산으로 구성되어 있습니다. 자연에서 실재로 발견된 중요한 뉴클레오티드는 8개입니다.

이들은 모두 인산을 포함하지만, 질소를 포함하는 염기는 다섯 종류가 있습니다. 당은 두 종류가 존재하며, 그중 하나인 ‘리보오스’는 다른 종류인 ‘디옥시리보오스’보다 산소원자를 한 개 더 포함하고 있습니다. 사실 이것은 단 하나의 원자만 다른 사소한 차이지만 그 차이의 효과는 매우 크게 나타납니다. 이로 인해 핵산은 두 가지로 나누어지며, 각각은 광범위한 기능을 하고 있습니다. 그 기능은 매우 다양하며 이것이 오늘 두 명의 수상자가 선정되는 이유이기도 합니다.

아서 콘버그 박사님이 합성한 ‘디옥시리보핵산’은 주로 염색체에서 유전물질로 존재합니다. 반면에 세베로 오초아 박사님이 합성한 ‘리보핵산’은 단백질 합성 과정을 돕는 등 다른 기능을 합니다. 이를 설명하는 데 중요한 역할을 한 사람이 스웨덴 과학자 토비언 캐스퍼슨 박사입니다. 또한 다른 연구자들도 핵산이 단백질 합성을 돕는다는 것을 증명하였습니다. 그러나 이에 관한 정확한 화학적 작용기전은 아직 알지 못합니다. 핵산과 단백질은 생명을 구성하는 두 가지 핵심 요소이며, 단백질이 핵산 합성에 필요하다는 반대의 생각은 매우 그럴듯합니다. 단백질이 효소의 형태로 생물학적 세계의 실질적인 모든 화학 반응에 참여한다는 것 또한 그럴듯합니다.

오초아 박사님과 콘버그 박사님은 시험관에서 단백질을 합성하는 효소를 만들어 이들의 근본적인 작용 기전을 규명하고자 노력하였습니다. 단백질 사슬을 구성하는 구성 단위의 순서가 결코 운으로 결정되는 것이 아니라 각각의 분자 종류에 따라, 그리고 유기체의 종에 따라 자세하게 미리 계획되어 있다는 것은 증명되었습니다. 핵산 사슬 또한 마찬가지 방법으로 계획될 가능성이 높습니다.

어린이가 성장하면 어른이 되고, 알에서 깨어난 뱀의 새끼가 성장하면 뱀이 되는 것은 구성 재료의 순서가 이미 정해져 있기 때문입니다. 이 순서에 생기는 혼란으로 인해 유전 인자가 변화하게 되고 수천 년에 걸쳐 생긴 변종이 나타나기도 합니다. 이 구성 재료를 조합할 수 있는 가능한 방법이 무한대이기 때문에 이 지구상에 나타나는 생명의 형태 또한 다양하게 존재합니다.

비교할 만한 예를 하나 들겠습니다. 28개 영문 알파벳의 여러 조합으로 우리는 알파벳으로 표현할 수 있는 언어를 모두 표기할 수 있습니다. 단백질의 구성 재료인 아미노산은 알파벳의 수와 거의 동일합니다. 단백질 분자는 100이나 1,000 또는 10,000개의 글자로 구성된 단어와 비교할 수 있습니다. 따라서 천문학적인 숫자의 조합이 가능합니다. 하지만 여기에는 또 다른 인자가 작용할 수 있습니다. 아미노산의 차이로 단백질의 변형이 생길 수 있을 뿐만 아니라 이 단백질들은 각자의 효소 활성으로 여러 대사 과정을 조절할 수 있습니다. 서로 다른 4개의 뉴클레오티드를 가지는 두 가지 형태의 핵산에서도 100~10,000개의 뉴클레오티드가 각 분자들을 구성하고 있다고 보면, 엄청난 수의 조합이 가능합니다.

따라서 각각의 구조물을 오차없이 정확하게 배열하여 핵산과 같은 복잡한 물질이 만들어지는 절차를 알아내려는 시도들이 너무 무모해 보일지도 모릅니다.

2~3년 전, 오초아 박사님과 콘버그 박사님은 이에 관한 연구를 각자 시작하였습니다. 오초아 박사님은 리보핵산을 만드는 시스템 분야에서, 콘버그 박사님은 디옥시리보핵산의 합성 분야에서 연구하였습니다. 그분들이 연구 과정에서 직접 협력한 것은 아닙니다. 하지만 그들은 개인적인 친구로서 서로 협력하며 함께 목표에 도달할 수 있었습니다. 누구나 그렇듯이, 그들은 앞에서 언급한 소수의 연구자들이 얻은 결과들을 이용할 수 있었습니다.

1776년 스웨덴의 칼 빌헬름 셸레 박사와 토르베른 베리만 박사는 요산, 즉 최초의 푸린(핵산의 한 부분을 형성하는 질소를 포함하는 염기의 한 부류)을 발견하였습니다. 스웨덴이 화학 분야에서 이룬 이 업적은 오늘의 노벨상 공동 수상과 신기하게도 잘 맞아떨어집니다. 독일의 과학자 알브레히트 코셀 박사는 핵산이 질소를 함유한 염기로 이루어졌음을 화학적으로 분석하여 1910년에 노벨상을 받았습니다. 영국의 과학자 알렉산더 토드 박사는 핵산의 화학적 성질을 자세히 규명하여 1957년 노벨 화학상을 받았습니다.

그러나 오초아 박사님과 콘버그 박사님이 이런 업적들을 이어갈 수 있었던 것은 이 분야에서 자신들이 이룬 기존의 우수한 연구 결과들 덕분이었습니다. 오초아 박사님은 초산 박테리아, 그리고 콘버그 박사님은 대장 박테리아 배양액으로부터 얻은 순도 높은 추출물로 연구하였습니다. 오초아 박사님이 발견한 효소는 리보핵산에 포함되어 있는 것으로서 인산 잔기의 2배인 리보뉴클레오티드로부터 리보핵산을 합성할 수 있었습니다. 인산 잔기를 반으로 나누고, 뉴클레오티드를 연결하여 리보핵산을 생성하였으며, 이렇게 생성된 리보핵산은 자연적으로 생성된 핵산과 동일하다는 것이 증명되었습니다.

콘버그 박사님이 발견한 효소는 이와 유사하긴 했지만, 디옥시리보핵산을 생성하는 효소였습니다. 두 효소 모두 반응을 시작할 때에는 주형으로 작용할 소량의 핵산이 필요했습니다. 그렇지 않으면, 효소는 어떤 핵산을 만들어야 하는지 알지 못하기 때문입니다. 효소는 안내자의 역할을 하는 주형을 만나자마자, 마치 능숙한 식자공처럼, 그들이 받은 원고, 즉 주형을 복사하기 시작했습니다. 이로 인해 우리는 같은 것이 같은 것을 만들어 낸다는 생명의 고유한 원리를 깨달았습니다. 연구자들은 이미 이와 같은 기전이 관련된다는 것을 어렴풋이 알고 있었지만, 이에 관한 실질적인 실험적 증거는 매우 중요합니다. 게다가 오초아 박사님이 발견한 효소는 간단한 핵산을 합성할 수 있다는 점에서 더욱 관심을 끌었습니다.

오늘의 영광스러운 발견은 가까운 미래에 어떤 영향을 주게 될까요? 한 가지 예를 들어 보겠습니다. 미국의 코헨 박사는 일종의 세균성 바이러스인 박테리오파지 T2의 핵산이 일반적인 핵산의 염기와는 화학적으로 다소 차이가 있는 질소 함유 염기가 있음을 발견하였습니다. 만일 세균이 T2 파지에 감염되면, 박테리오파지에 의해 조금 다른 핵산이 세균에서 만들어집니다. 콘버그 박사님은 이와 같은 작용 기전을 자세히 설명하는 데 성공하였습니다. T2 파지는 마치 나쁜 침입자처럼 행동합니다. 이것은 4분 내에 세균의 핵산을 파괴하는 효소를 많이 만들어 정상적인 핵산 생산을 방해하고, T2 파지의 여러 뉴클레오티드로 T2 파지를 다시 만들어 세균을 파괴합니다.

생명의 기전을 이해하는 데 도움을 준 오초아 박사님과 콘버그 박사님의 연구 결과는 곧 생화학, 바이러스학, 유전학 및 암 연구에 중요한 발견들로 이어질 것이라고 확신합니다.

세베로 오초아 교수님, 아서 콘버그 교수님, 그리고 친애하는 친구 및 동료 여러분.

약 130년 전, 베르셀리우스 박사의 실험실에 있던 프리드리히 볼러 박사는 무기물질로부터 요소를 합성하였습니다. 이 연구는 우리가 지금 서 있는 이곳으로부터 반 마일 이내에 위치한 스톡홀름의 중심부에서 진행되었습니다. 그는 생물과 무생물 사이에 존재하는 간격을 좁히는 역할을 했습니다. 이제 두 분은 생명을 이루는 두 가지 기본 물질의 시험관 합성에 성공하였습니다.

왕립 카롤린스카 연구소를 대표하여, 두 분 교수님에게 따뜻한 축하를 전하며, 이제 전하께서 수여하시는 올해의 노벨 생리·의학상을 받으시기 바랍니다.

왕립 카롤린스카 연구소 교수위원회 H. 테오렐

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자료출처
www.nih.gov/.google, wikipedia, naver, Nobelprize.org

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