자연과학대학 홍보기자단 자:몽 3기 | 이해찬            
6기 | 김민지, 김보현
 
 

_모든 생명체 유전체를 구성하는 DNA의 염기 구성 성분의 비율에 대한 규칙인 ‘샤가프의 법칙’을 발표하여 DNA의 이중 나선 구조를 규명하는데 핵심적인 아이디어를 제공한 에르빈 샤가프에게 자몽상을 수여합니다!
 
 

 

그림 1. 에르빈 샤가프의 모습 (사진=위키피디아(자료 2))
 
 

자몽이 바라본 노벨상
 
_노벨상은 6가지 분야에서 '매년 인류를 위해 크게 헌신한 사람'에게 수여된다. 인류를 위한 헌신은 다양한 관점에서 여러 의미로 해석될 수 있다. 특히 밝혀지지 않은 과학적 사실을 발견하는정의하는 경우 해당 분야의 과학 발전과 흐름에 긍정적인 영향을 미친다.
_에르빈 샤가프는 DNA 염기 사이의 상보적 결합을 증명해했으며, 이는 이후 왓슨과 크릭이 DNA가 이중 나선구조임을 증명하는 데에 큰 도움을 주었다. 또한 이는 유전물질인 DNA 의 특징을 파악하고 이해하는 데에 크게 이바지해, 생명과학 분야를 크게 발전시켰다의 발전을 도약시켰다. 따라서 이번 기사에서는 밝혀지지 않은 자연의 법칙을 발견 함으로써 해당 분야의 발전에 공헌한  과학자의 업적을 인류를 위한 큰 헌신으로 해석했다.

DNA의 비밀을 밝히기까지

_에르빈 샤가프는 1905년 8월 11일 오스트리아의 유대인 가정에서 태어났다. 그는 오스트리아 빈에서 학창 시절을 보냈으며, 1924년 빈 공과대학교에 진학했다. 대학에서 그는 화학을 전공했으며,   프리츠 파이길의 지도 아래 화학자의 지도를 받아 박사 학위를 받았다. 동시에 그는 1925년부터 1930년까지 미국에 있는 예일 대학교에서 유기 화학 분야의 연구원으로 일하기도 했다. 1930년에 그는 유럽으로 돌아와왔으며, 1933년까지 베를린 자유 대학교에서 세균학과 공중 보건과에서 화학 조교를 맡았다. 그러나 이후 나치의 정책적 강압으로 인해, 샤가프는 프랑스 파리로 자리를 옮겨 파스퇴르 연구소의 연구원으로 일했다. 1935년에는 뉴욕 맨해튼의 컬럼비아 대학교의 의과대학 생화학과 연구원으로 일했고 으며, 해당 대학의 교수로 1974년까지 근무했으며, 이후 루스벨트 병원에 연구실을 옮겨 1992년까지 연구를 이어 나갔다.
_그는 컬럼비아 대학교에 근무하는 동안 크로마토그래*크로마토그래피: 혼합물을 분리하는 기법. 종이나 흡착 입자 등 물질을 흡착시키는 고정상과, 고정상을 타고 이동하는 용매(이동상)에 녹아있는 물질의 이동 속도가 종류마다 다른 점을 이용하여 혼합물을 분리한다.

DNA 염기 조성 규칙 발견의 주인공

_유전물질로 작용하는 DNA가 이중 나선 구조를 지닌다는 것은 널리 알려진 사실이다. 그렇다면 DNA가 이중 나선 구조를 지닌다는 사실은 어떻게 밝혀지게 된 것일까? 많은 사람이 왓슨과 크릭의 발견을 이야기하지만, ‘샤가프의 법칙’을 발표한 에르빈 샤가프의 연구 역시 무시할 수 없다. 에이버리 실험, 허시-체이스 실험 등으로 DNA가 유전물질임은 밝혀졌지만, 그 구조는 여전히 미지의 영역에 남아 있었다. 바로 그때 ‘샤가프의 법칙’은 DNA 구조와 관련된 중요한 통찰을 제공하였다.

*에이버리 실험: 오즈월드 에이버리는 폐렴쌍구균의 형질전환을 유도하는 물질이 DNA, RNA, 단백질 중 무엇인지를 확인하기 위해 각 물질의 분해효소를 이용하여 실험을 진행했다.
*허시-체이스 실험: 앨프리드 허시와 마사 체이스는 방사성 동위원소를 이용하여 박테리오파지가 대장균 내에 투입하는 물질이 무엇인지를 확인했다.

  
  
그림 2. DNA 뉴클레오타이드의 결합 구조 (사진=블로그)
  
  

_DNA는 인산, 디옥시리보스당, 염기로 구성된 디옥시리보뉴클레오타이드를 기본 단위체로 지닌다. 이때 염기에는 퓨린과 피리미딘이 있는데, 퓨린 염기에는 구아닌과 아데닌이 있고 피리미딘 염기에는 사이토신과 티민이 있다. 샤가프의 법칙은 모든 유기체의 DNA에서 퓨린과 피리미딘의 비율은 1:1이라는 내용의 법칙이다. 샤가프의 법칙은 DNA에서 퓨린과 피리미딘이 상보적으로 결합하고 있을 것이라는 통찰을 제공한다. 이는 현대에 밝혀진 DNA의 이중 나선 구조와도 부합한다. 또한 에르빈 샤가프는 아데닌과 티민을 합친 양과 구아닌과 사이티딘을 합친 양의 비율이 종마다 다르다는 사실도 관찰하였다. 이 역시 종마다 DNA상에서 유전정보를 구성하는 염기서열이 다르다는 현대 생명과학적 지식으로 이해할 수 있다. 즉 샤가프가 관찰한 DNA 염기 조성 비율은 DNA의 구조와 유전의 원리를 암시했던 것이다.

유전공학 기술 뒤에는 DNA의 구조가 있었다

_DNA의 구조는 현대 유전공학 기술의 핵심 지식이다. 팬데믹으로 인해 이제는 모두에게 익숙해진 중합효소 연쇄반응(PCR) 역시 DNA의 구조가 이중나선임을 몰랐다면 나올 수 없는 기술이다. 중합효소 연쇄반응에서는 이중나선 구조를 열로 분리하고, 염기가 서로 짝을 이뤄서 복제될 수 있다는 복제 원리에 따라 원하는 부분의 DNA를 끊임없이 증폭시킨다시키는 것이다. 요즘 유행하는 뱅크샐러드의 유전자 검사부터, 최근 노벨상을 받은 크리스퍼 유전자 가위까지, 현대 유전공학 기술이이라면 모두 DNA의 구조에 기반을 두고 있다고 해도 과언이 아니다. 샤가프의 법칙은 이중나선 구조 규명에도 중요한 아이디어였지만, 염기가 서로 일정한 짝을 이룬다는 DNA의 상보적 특징을 보여주는 법칙이다. 샤가프의 법칙은 분자생물학계의 중요 발견 중 하나지만, 노벨상으로 이어지지 못했다. 그는 이 사실에 대해 크게 아쉬워했고, 과학계도 이 때의 수상자 결정에 전반적으로 의아해했을 만큼 그의 업적은 과학계에 중요한 발견이었다. 더 나아가 이제는 실생활에 적용되는 수많은 유전공학 기술에 중요한 기초 지식을 발견한 인물인 셈이다. 따라서 그만큼, 2023년 현재 지금 그의 연구의 가치는 재평가되어야 한다.

여섯 번째 자몽상의 주인공, 샤가프

_유전체가 생명체 내에서 어떻게 안정하게 유지되는지, 그것이 어떻게 후대로 전달되는지는 생명 과학에서 가장 근본이 되는 질문이다. 이를 해결하는 것에 있어 DNA의 상보적 이중나선 구조는 핵심적인 열쇠로 작용하였다.
샤가프의 법칙은 DNA가 이중 나선 구조라는학계의 중대한 발견에 핵심적인 아이디어가 되었지만, 안타깝게도 그의 업적은 노벨상을 통해 인정받지 못하였다. 당시 많은 과학자들이가 샤가프가 마땅히 왓슨과 크릭과 함께 노벨상을 받아야 한다고 생각했을 만큼 그는 불운의 과학자가 아닐 수 없다.
_앞으로 유전공학 기술이 더 보편화됨에 따라 DNA 구조를 밝힌 공로가 다시 한번 재평가되어야 할 것이다. 왓슨과 크릭과 함께 중요한 아이디어를 제공한 샤가프의 공로를 자몽상을 통해 되새기고자 한다.

[자료]
[1] https://www.themarginalian.org/2016/06/13/erwin-chargaff-heraclitean-fire-science/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Erwin_Chargaff

[참고문헌]
[1] Hargittai, I. (2000). Candid science: conversations with famous chemists. (1th ed., pp. 332-357). Imperial College Press.
[2] Weintraub, B. (2006). Chemistry in Israel. (Vol. 22, pp. 20-31). Bulletin of the Israel Chemical Society.
[3] Vischer, E., & Chargaff, E. (1948). The composition of the pentose nucleic acids of yeast and pancreas. Journal of Biological Chemistry, 176(2), 715-734.
[4] Vischer, E., & Chargaff, E. (1948). The separation and quantitative estimation of purines and pyrimidines in minute amounts. Journal of Biological Chemistry, 176(2), 703-714.

자연과학대학 홍보기자단 자:몽 이해찬 기자 andy7438@snu.ac.kr
_______________________________김민지 기자 hokmj02@snu.ac.kr
_______________________________김보현 기자 borikim@snu.ac.kr
카드뉴스는 자:몽 인스타그램 @grapefruit_snucns에서 확인할 수 있습니다.