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노벨상인물

마셜니런버그 Marshall W. Nirenberg

마셜니런버그 [이미지]
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NIH (미국국립보건원)
  • 작성 2015-03-16
  • 조회 1,864
  • 출생04/10/1927
  • 국적 미국
  • 분야생화학
  • 소속미국국립보건원(NIH)
  • 출신대학미시간대학교 대학원 생화학 박사
  • 주요업적유전암호의 해독과 그 기능에 관한 연구
  • 수상노벨생리의학상(1969)
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인물정보

미국의 생화학자. 1961년 시험관 안에서 단백질합성에 성공하여, 유전정보 해독에 대한 생화학적인 실마리를 열었다. 19641965년에는 H.코라나와 협력하여 64종의 트라이뉴클리오티드 합성에 성공하고, 이를 응용하여 많은 아미노산 코드의 배열을 결정지었다. 이 업적으로 H.G.코라나, R.W.홀리와 함께 1968년 노벨생리·의학상을 받았다.

뉴욕에서 태어난 미셜 니런버그는 12살 때 그의 가족들은 플로리다 오렌도로 이사를 왔다. 어릴 적 조류를 관찰하는 것에 대한 흥미는 그를 생물학을 연구한 계기가 되었고, 그는 플로리다의 습지의 다양한 생물들을 탐색할 수 있었다. 또한 2차 세계대전 훈련소 근처에 살았던 박물관 큐레이터로부터 들은 설명에서 많은 도움을 얻었다. 1948년 니런버그는 과학 학사학위를 플로리다 대학교에서 받았고, 날도래 분류와 생태에 관한 동물학 박사학위를 취득하기 위해 플로리다 대학원에 입학한다. 그 후 미시간 대학교에서 1957년 박사학위를 마쳤고, 날도래에 관해 더 많은 흥미와 궁금증이 생겨 그 근본을 알기를 원했다. 종양세포의 당수송에 관한 그의 박사학위 연구는 화학적 생명에 관한 흥미가 반영된 것이다. 박사연구 후에 니런버그는 미국암학회의 박사 후 연구 장학금 지원으로 2년간 미국 국립보건원에서 연구를 하게 된다. 어떻게 RNA 코드를 해독하는지에 관한 문제점에 대해 연구하던 그는 1960년 미국국립보건원(NIH)에서 대사효소 분야의 생화학 연구 제안을 받아들였다.

니런버그는 미국국립보건원(NIH)에 일하면서 1961년 한 동료와 함께 DNA의 유전 정보가 세포내 단백질로 전환되는 과정을 설명하는 실험을 실시했다. 그들은 우라실만으로 만든 인조 메신저 RNA가 단백질 인조에게로 보낼 수 있다는 것을 증명하였다. polyUmRNA는 그들의 첫 번째 유전학 코드인 폴리페닐알라닌 단백질을 발견해냈다. 당시 30대 중반이었던 니런버그는 자신이 발견한 내용을 모스크바에서 열린 학술회의에서 발표했고 추가 연구들을 통해 유전자 해독 과정 규명에 나섰다. 그는 자신의 연구가 사회적으로 영향을 미칠 것이라는 사실을 인식하고 있었다. 그는 ''사이언스''지에 쓴 글에서 일반인들은 과학적 발견을 활용하기 위한 최상의 결정을 내리기 위해 과학적 진보를 알고 이해해야 한다고 지적했다. 그는 "인간이 자신의 세포들을 활용할 수 있다고 해도 그가 이러한 지식을 인류를 위해 사용할 수 있는 충분한 지혜를 습득할 때가지는 이를 삼가야한다"고 말했다.

다음해에, 니런버그와 그의 연구팀은 아미노산을 인조 세 쌍의 뉴클레오티드로 매칭시킴으로써 전체의 유전적 코드를 해독했다. 그들은 몇몇의 아미노산은 하나 이상의 코돈에 의해 암호화되며 몇몇의 코돈은 mRNA 메시지에 관한 구두점 점이 중복된다는 것을 발견했다. 또한 유전적 코드는 지구의 모든 생명체에게 통하는 일반적인 것이라는 몇 가지 예외를 증명했다. 1968년 니런버그는 고빈 코라나(Gobind Khorana)와 로버트 홀리(Rober Holley)와 공동으로 노벨생리의학상을 수상하였다. 코라나는 유전학 코드를 깨뜨리는 연구를 했었고, 홀리는 처음으로 연속적인 tRNA의 구조를 결정지었다. 니런버그는 노랑초파리의 신경시스템의 발달연구에 초점을 맞추었다. 그는 국립 심장, 간 혈액 연구소의 실험실을 맡아 관리하였고 언제나 자연의 식물에 관한 궁금증과 발견과 연구에 열정이 넘쳤다.

미국 과학자 마셜 니런버그(사진)15일 뉴욕 맨해튼에서 암으로 별세했다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

지금부터 정확히 100년 전인 1868년 가을, 스위스의 젊은 내과의사 프리드리히 미셰르 박사는 세포핵에서 새로운 화합물을 분리하고 이것을 뉴클레인으로 명명하였습니다. 그리고 우리는 현재 이것을 핵산이라고 부릅니다. 이보다 2년 앞서 체코 브루노의 그레고어 멘델이라는 수도사가 수행한 몇 가지 간단한 실험도 미셰르 박사의 연구와 밀접하게 관련되었습니다. 완두콩을 이용한 멘델의 이 실험은 유전 형질이 개개의 독립된 유전자로 포장되어 있음을 알려 주었습니다. 미셰르 박사보다 앞서 진행된 이 멘델의 실험에서 유전학은 시작되었습니다.

핵산과 유전자는 원래 분리된 개념이었습니다. 하지만 이 두 개념은 모두 생명의 암호라 불리는 유전암호 연구에 기반이 되었습니다. 이 유전암호 연구에 공헌한 홀리 박사님, 코라나 박사님, 그리고 니런버그 박사님께 올해의 노벨 생리·의학상을 공동으로 수여하게 되었습니다.

19세기는 노벨상이 제정되지 않았습니다. 하지만 상이 제정되고 난 뒤에도 핵산과 유전자의 발견에 관한 연구로 노벨상을 수상할 것이라고는 아무도 생각하지 못했습니다. 미셰르 박사의 연구 결과는 그가 사망한 1890년 이후에야 비로소 자세하게 발표되었습니다. 그리고 1866년 멘델의 연구 결과가 처음 발표되었을 당시도 이 연구는 아무 관심도 받지 못한 채 곧 잊히고 말았습니다.

이렇게 우리는 오랜 시간 유전자와 핵산의 연관성을 깨닫지 못하고 있었습니다. 25년 전에도 핵산은 소수의 과학자들만이 연구하는 침체되어 있는 학문이었습니다. 여기에 관심을 가진 소수의 과학자 중 한 사람이 카롤린스카 연구소의 아이나 함마르스텐 교수입니다. 그의 선견지명은 초창기 몇몇 스웨덴 과학자들이 수행했던 중요한 연구에 많은 영향을 주었습니다. 특히 핵산의 생물학적 중요성을 증명한 토비언 캐스퍼슨 박사는 그의 영향을 많이 받았습니다.

이렇게 핵산에 관한 연구는 점차 무르익어 갔습니다. 그러던 1944, 미국의 과학자 에이버리 박사는 어떤 세균의 핵산을 분리하고 이를 이용하여 다른 세균에게 유전형질을 옮기는 데 성공합니다. 이로써 유전자가 핵산으로 구성되어 있다는 것이 증명되었습니다. 에이버리 박사의 발견은 주로 유전자를 대상으로 한 생화학적인 연구에 영향을 주었고 여기에서 분자생물학이라는 새로운 학문이 탄생하였습니다. 그리고 오늘날 분자생물학은 가장 활발한 연구가 이루어지는 학문이 되었습니다. 1958년 이 분야에서 노벨상을 수상한 이후, 오늘의 수상이 벌써 다섯 번째라는 것이 이를 단적으로 증명합니다.

그렇다면 유전암호는 무엇이며, 이것을 생명의 암호라고 부르는 이유는 무엇일까요. 핵산은 매우 복잡한 분자이지만 그 구조에는 어떤 규칙성이 있습니다. 핵산은 제한된 양의 작은 단위체로 이루어져 있습니다. 만약 핵산을 언어라고 한다면 작은 단위체들은 언어를 구성하는 각각의 문자라고 할 수 있습니다. 따라서 핵산이라는 언어가 유전 특징을 묘사한다고 말할 수 있습니다. 즉 우리의 눈, 그리고 우리 아이들의 눈이 파란색인지 갈색인지, 또는 우리가 건강한지 병들었는지를 표현할 수 있는 언어가 바로 핵산입니다.

우리 세포에는 또 하나의 언어가 존재합니다. 단백질을 표현하는 이 언어도 역시 단백질을 구성하는 단위체, 즉 문자로 구성되어 있습니다. 하나의 세포는 수많은 단백질이 있습니다. 이 단백질들은 정상적인 생체 활동에 필요한 모든 화학반응들을 도맡아 수행하며 각 단백질은 특정 핵산이 합성합니다. 예를 들어 갈색 눈을 가진 아이는 부모로부터 어떤 유전자를 물려받았을 것이고, 바로 그 유전자는 갈색 눈이 표현되도록 특정 단백질, 즉 어두운 색소의 형성을 지시합니다. 즉 단백질의 화학구조는 핵산의 화학구조로 결정됩니다. 이 말은 결국 핵산의 문자가 단백질의 문자를 결정한다는 것을 의미합니다. 따라서 유전암호는 하나의 문자를 다른 문자로 번역해 주는 사전과도 같다고 할 수 있습니다.

고대 이집트의 상형문자를 해독할 때, 고고학자들은 그리스와 이집트에서 쓰이던 문자를 기록해 놓은 로제타석을 이용하였습니다. 이론적으로야 우리가 유전암호를 해석할 때에도, 특정 단백질과 이에 해당되는 핵산의 화학구조를 문자와 문자를 비교하듯이 사용할 수 있었겠지만 이것은 기술적으로 불가능했습니다.

이런 상황에서 니런버그 박사님은 유전암호를 해석하는 매우 간단하면서도 독창적인 해결책을 찾아냈습니다. 그는 생화학자들에게 고고학자들을 능가하는 장점이 있다는 것을 알았습니다. 즉 생화학자들은 시험관 내에서 핵산을 주형으로 단백질을 합성할 수 있는 능력이 있었던 것입니다. 이 시스템은 하나의 번역기와도 같았습니다. 과학자들은 이 시스템에 핵산이라는 문장을 넣고 그 문장을 구성하는 문자를 단백질의 문자로 번역해 냈습니다.

니런버그 박사님은 한 개의 반복되는 글자만으로 매우 간단한 핵산을 합성하였습니다. 그리고 이 핵산으로부터 단백질 문자를 번역해 냄으로써 하나의 글자만을 가진 단백질을 생성하였습니다. 이 방법을 이용하여 니런버그 박사님은 첫 번째 유전암호를 해석하였고 세포 내에서 유전암호를 번역하는 시스템을 규명하였습니다. 그 후, 이 분야는 빠른 속도로 발전하기 시작했습니다. 니런버그 박사님은 1961, 첫 논문을 발표한 이후 채 5년이 지나지 않아 코라나 박사님과 함께 모든 유전암호를 해독하는 성과를 거두었습니다.

최종적인 연구는 대부분 코라나 박사님이 진행하였습니다. 그는 수년 동안의 연구 끝에 모든 단위체가 정확한 자리에 위치하는 거대한 핵산을 합성할 수 있는 방법을 고안하였습니다. 코라나 박사님이 합성한 핵산은 유전암호를 모두 해독하기 위해 꼭 필요한 것들이었습니다.

그렇다면 어떤 메커니즘으로 세포 내 암호가 해석되는 걸까요? 이에 대한 연구를 성공적으로 수행한 사람은 홀리 박사님이었습니다. 그는 전령 RNA라고 불리는 특정한 형태의 핵산을 발견합니다. 이 핵산은 유전암호를 읽어 내는 능력을 갖고 있으며 그것을 단백질의 문자로 전환시킬 수도 있었습니다. 수년 동안 연구를 계속한 결과, 홀리 박사님은 순수한 전령 RNA를 얻는 데 성공하였습니다. 그리고 1965년에는 전령 RNA의 정확한 화학구조도 밝혀냈습니다. 이로써 홀리 박사님은 생화학적으로 활성 상태인 핵산의 화학구조를 완전히 밝힌 첫 번째 연구자가 되었습니다.

지난 20년 동안 분자생물학의 급격한 발전의 핵심은 바로 유전암호를 해석하고 그 기능을 정확히 밝힌 것입니다. 그리하여 우리는 이제 유전 메커니즘을 자세하게 이해하게 되었습니다. 지금까지는 기초적인 연구였지만 이제 우리는 이를 바탕으로 수많은 질병의 원인을 밝히고 이와 관련한 유전 현상과 그 역할을 이해하게 될 것입니다.

홀리 박사님, 코라나 박사님, 니런버그 박사님.

1958년도 노벨상 기념 강의에서 에드워드 테이텀 박사는 분자생물학의 미래를 예측하였습니다. 그는 적어도 자신의 강의를 듣고 있는 청중들이 살아 있는 동안 유전암호가 해독될 수 있을 것이라고 하였습니다. 그 당시 사람들은 그의 말이 그저 추측일 뿐이라고 생각했습니다. 하지만 그 예측은 적중했고 그의 기념 강의로부터 불과 3년 만에 첫 유전암호가 해독되었습니다. 그 후, 유전암호의 특성과 단백질 합성 과정에서의 역할이 밝혀지기까지는 8년 정도가 걸렸습니다. 그야말로 현대 생물학의 가장 흥미로운 장을 세 분이 함께 써내려간 것입니다.

오늘 이 자리에서 세 분께 왕립 카롤린스카 연구소를 대표하여 축하를 전하게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 이제 전하께서 세 분에 대한 시상을 하시겠습니다.

왕립 카롤린스카 연구소 노벨 생리·의학위원회 P. 레이처드

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

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