1-1. DNA 이야기 (1)

• 들어가기전에
  첫 포스팅에서 말했다 시피, 이 포스팅은 전격 반말 포스팅으로 진행됩니다!
• 생물학적 지식은 아직도 밝혀지고 있는 만큼, 제가 잘못 쓴 용어와 내용들이 많을 수 있습니다. 언제든 지적은 겸허히 받아들이겠습니다!

DNA, basic of molecular biology

그래 DNA. 얘기 정말 많이 들어봤지? ㅋㅋ 그럼 물어볼게. DNA를 제대로 그릴 수 있는 사람 손들어볼까?

으..응ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ꽤 많아서 다행이다….(???)
어떤 생물체의 ‘유전정보’가 담긴 가장 중요한 물질이 바로 DNA야. 이렇게 나는 쉽게 말하지만, ‘유전정보’를 담고 있는 물질이 바로 DNA라는 것을 밝히기 까지는 참 오랜 세월이 걸렸고, 다양한 실험을 통해서 힘들게힘들게 증명을 했단다 ㅠㅠ

그래서 DNA에 대해 다루는 포스팅은, 두 가지로 나누어서 이야기 해보려고 해. 첫 번째 주제는, 어떻게 DNA가 유전정보를 담고 있는지 역사적인 실험들을 되짚어 보는 포스팅이 될거구, 두 번째 주제는 구체적인 DNA의 구조에 대해서 다뤄보려고해. 잘 따라올 수 있지?

Function of DNA

본격적으로 들어가기 전에, 확실히 기억해두고 가자.
DNA가 가지는 기능은, 보통 세 가지라고 말을 해. Replication 복제, Gene Expression 발현, Mutation 돌연변이의 세 가지야. 간단하게 알아보고 가자!

Replication

DNA는 가지고 있기만 한다고 되는 게 아니라, 복제를 해서 다음 세대로 넘겨주는 것이 중요해. 생명체가 가지고 있는 DNA를 복제해서, 다음 세대를 만드는 과정이 DNA가진 첫 번째 기능이야.

Gene Expression

Replication 을 통해 DNA를 전달받았으면, 그것을 적절한 ‘외형’으로 표현해야겠지? 그것이 바로 DNA를 발현하는 과정이고, 발현된 ‘외형’을 phenotype 표현형 이라고 불러. DNA는 받는 거에서 끝나지 않고, 그걸 어떻게 적절한 phenotype 으로 나타낼 것이냐에 대한 것까지 포함하고 있어. 그것이 바로 Gene Expression, 발현 과정이야.

Mutation

이건 좀 이상하지? 종족을 번식시켜야 하는데, Mutation 돌연변이를 만드는 것이 필수적인 기능이라니! 돌연변이라는 건 ‘나쁜’ 의미만 있는 게 아니야. 생명체가 진화한다는 얘기 들어봤지? 그것의 근본이 되는 것이 바로 조금씩 일어나는 돌연변이야. 이것에 대해서는 말하기가 조금 조심스럽긴 해. 함부로 포스팅을 했다가는….ㅋㅋㅋㅋ 결론적으로는, ‘변화하는 환경에 적응’하는데에 ‘돌연변이’가 어느 정도의 역할을 하고 있다! 는 것. 돌연변이가 DNA의 기능을 가지고 있다는 사실을 나쁜 쪽으로만 받아들이지는 말자구~

DNA를 발견하기 까지 (1)

첫 발견 - 이상한 물질 조성이다!

사진 출처

어떤 실험이었나?

발견이라기보단, ‘의심’에 가까운 거였어. 1868년에, 상처를 치료하는데에 썼던 밴드에서 고름 세포들을 분리한 다음 pepsin 이라는 효소로 처리를 했던 실험결과가 조금 이상했어. nitrogen 과 phosphorus가 이상하게 많고, 산성인 물질이더라! 였던 거지.

그 당시에는 몇 가지 지방세포들 빼고 nitrogen 과 phosphorus가 공존하는 것은 없다고 믿었거든. 그래서 Friedrich Mieshcer는 이것은 분명 특이한 물질이다, 라고 생각해서 Nuclein이라고 이름을 붙여서 논문을 냈지. 1871년의 일이야.

사진출처

어떤 일이 일어났나?

음….ㅋㅋㅋㅋ 그래 그냥 발견이었어 그냥. 1940년대가 되기 전까지도, mieshcer가 발견한 저 물질이 뭐로 이루어져있는지 조차 알지 못했거든ㅋㅋㅋ 그냥 저 낡은 실험실에서 어떤 일이 일어났었구나… 정도?ㅠ

두 번째 연구 - Transformation의 발견

그림 출처

그리피스 많이 들어봤지? 고등학교 생물책에도 나오는 엄청 유명한 사람이야. ㅋㅋ 무슨 실험을 했는지 기억을 한 번 되살려보자. 쥐한테 병균을 집어넣는 실험이었다는 것 정도는 기억나지? 1928년의 일이었어.

어떤 병균을 집어넣었나?

Streptococcus pneumoniae라는 병균이야. 정확…히 말하자면 ‘박테리아’라고 불러야겠지만, 이해를 쉽게 하기 위해서 그냥 세균이라고 계속 부를게. 우리말로는 폐렴 연쇄상구균?ㅋㅋ 이 병균은 폐렴을 일으키는 아주 강력한 놈인데, 한 가지 종류만 있는 것이 아니라 여러 종류가 있어. Griffith 는 그것을 두 가지 기준에 의해 분류를 했지.

1. 세포 주위에 polysaccharide capsule이 있는가?
   polysaccharide 가 뭐냐고?ㅋㅋㅋ 그냥 당 여러개가 붙어있는 사슬구조를 떠올리면 돼. 이게 있는 애들은, 백혈구의 공격을 받지 않기 때문에 폐렴을 유발하는 놈들이야. 캡슐이 있는 아이들을 ‘Type S’, 없는 아이들을 ‘Type R’이라고 부르는데, 이름의 유래는 그냥 관찰했을 때 겉이 Smooth 하냐, Rough 하냐를 가지고 붙인 거래 ㅋㅋ
   당연한 얘기겠지만, Type S는 독성이 있고 Type R은 독성이 없을거야. 일단 기본적으로는 그렇다고 하자구! 아래 그림을 봤을 때, 큼지막하고 매끌매끌하게 생긴게 Type S이고, 작고 거칠거칠하게 생긴게 Type R이야.
   

   
   그림 출처

2. 그 capsule은 어떻게 생겼는가?
   capsule의 종류에 따라서, 1, 2, 3….등등등으로 구분지어서 이름을 붙이지. 1과 연관지어서 생각해보면, Type R은 아예 capsule이 없으니까 1, 2, 3…이 안붙어야할 것만 같단 말이지?ㅠ
   그런데, 사실은 Type R인 아이들도 Type S 로 mutation이 일어나면서 capsule이 생길 수가 있고, 꽤 흔한일이야. 그래서 그 일이 일어날 경우를 대비해서 항상 capsule을 지정하는 유전자를 함께 가지고 다닌다고 해. 그래서 Type R 에도 숫자가 붙어다녀ㅋㅋㅋ 만약, Type Ⅱ R에서 mutation을 거치게 되면, Type Ⅱ S가 되는거지. 기억해, 당의 종류는 그대로 유지하고 있다는 것!

어떤 실험을 했나?

그림 출처 - 책에서 스캔

병균 하나 알아보는데 너무 오래걸리지? ㅋㅋㅋ 복잡해 정말…Griffith 가 실험에 사용한 균은, Type Ⅱ R과 Type Ⅲ S 야. 즉, 붙어있는 capsule의 종류도 다른 두 균을 사용했는데, 이 이유는 결과 해석을 보면서 차근차근 따져보자.

간단히 생각해보면, Type Ⅲ S를 그대로 집어넣는다면 그 쥐는 당연히 죽겠지? Type Ⅱ R를 넣은 쥐는 살아있을 거야.

그 다음에는, Type Ⅲ S를 열처리를 해봤어. 그랬더니 쥐가 죽지 않더라. Streptococcus pneumoniae에서 병을 일으키는 역할을 하는 물질이 열에 의해서 파괴되나? 라는 의심을 할 수도 있겠지.

그래서, 한 번 Type Ⅱ R과 열처리를 한 Type Ⅲ S를 같이 쥐한테 넣어봤단 말이지. 만약 열에 의해서 파괴되는 거라면, 쥐가 살아있어야 해. 그런데 쥐가 죽었어.

실험의 결론은?

무슨 일일까 이게? 열처리를 한다고 해서 Type Ⅲ S의 ‘무언가’가 파괴되는게 아니었다는 소리겠지. 그리고, Type Ⅲ S한테 남아있는, 병을 일으키는 그 물질이 Type Ⅱ R로 옮겨가서, 쥐를 죽였다는 거야. 즉 열처리 과정에서 파괴된 것은 Type Ⅲ S가 작동할 수 있는 능력이 파괴된거야.

잠깐, 그렇다면 위에서 얘기한 것 처럼, Type Ⅱ R이 mutation 을 통해서 Type Ⅱ S가 된 것 아니냐는 의문을 제기할 수 있어. 아주 좋은 지적이야. 그럴 경우를 대비해서 열처리를 한 병균은 Type Ⅲ S 였거든. 분석을 해보니, 쥐가 죽은 이유는 Type Ⅲ S 때문이었어.

그러니까, 이 현상을 설명할 수 있는 유일한 방법은 Type Ⅲ S에서 ‘병을 일으키는 물질’이, 정상적으로 작동하는 Type Ⅱ R로 옮겨가서 쥐한테 들어갔다는 거야.

이전까지는, 병균이 감염을 일으킬 때는 ‘고정적으로’ 자신의 물질만을 전달한다고 생각했어. 그러니까, 섞어서 넣어도 Type Ⅲ S의 물질이 Type Ⅱ R로 옮겨가는 일 따위 일어나지 않는다고 생각했던 거지. 그러니까, 엄청난 발견이었던 거지.

• Griffith는, Streptococcus pneumoniae라는 병균에서, Type Ⅲ S의 병을 일으키는 물질이 Type Ⅱ R로 옮겨가서 작용할 수 있다는 것을 실험적으로 증명했다.
• 이것을 Transformation, 형질전환이라고 이름지었다.
• 당시의 믿음이었던, ‘고정적인’ 전달이 아니라는 것을 증명한 엄청난 발견이었다.

Griffith가 남긴 과제

Griffith 가 증명한 것은, 한마디로 Transformation 이야. 그래서 이 실험의 결과를 Transforming principle이라고 이름붙이기도 해. 그런데 문제는, 그게 끝이었어. 어떻게 일어나는지, 뭐가 transformation 이 되는 건지 하나도 모른채로 끝나버렸거든. 그래서 후대의 생물학자들이 굉장히 오랫동안 그것에 대한 연구를 하기 시작했고, 차츰차츰 그 비밀이 밝혀지기 시작해. 그것에 대해서는 다음 포스팅에서 더 자세히 알아보자.

다음 포스팅 예고

다음 시간에는, 나머지 실험들을 살펴보려고 해.

• Sia & Dawson 의 실험
  생물체 밖에서도 같은 결과가 나오더라!
• Avery & MacLod & McCarty 의 실험
  Transformation 에 관여하는 것은 DNA임!

이정도? ㅋㅋㅋㅋ 첫 포스팅부터 너무 진이 빠지지? ㅠㅠ 많은 생물학자들의 노고를 되짚어 보면서 DNA의 중요성을 다시금 느껴보자구~

참고한 책

• D. Peter Snustad, Michael J. Simmons, ‘Genetics’, 6th Ed., Willey, 2012