1-1. DNA 이야기 (2)

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

DNA 를 발견하기 까지 (2)

지난 포스팅에서는

• 첫 발견 - 이상한 물질 조성이다!
  Miescher의 관찰 결과를 기억하지? 그 허름한 실험실 사진도 기억할거야 ㅋㅋ

• 두 번째 연구 - Transformation의 발견
  그 유명한 Griffith의, 폐렴 연쇄상구균(Streptococcus pneumoniae)를 쥐에 주입하는 실험이었던 것, 기억하지? 내용이 복잡했으니 다시 한 번 복습하고 확실히 알아두자구~

세 번째 연구 - in vitro transformation

in vivo, in vitro?

세 번째 연구는, Sia & Dawson에 의한 연구였어. 그런데 왜 갑자기 이상한 in vivo, in vitro같은 말이 나오냐구?
두 용어는 앞으로도 계속 보게 될거라서, 나온 김에 확실히 정리해두고 가려고 해.
정리하려는 용어는 in vivo, in vitro, ex vivo 의 세 가지야. 이해를 쉽게 돕기 위해 직접 예시를 들어볼게. 알코올이 간에 미치는 영향이라는 주제로 실험을 한다고 해보자.

• in vivo
  생명체 내부에서 하는 실험을 말해. 즉, 살아있는 생명체(실험실에서는 보통 쥐를 쓰지!) 에게 알코올을 넣은 다음에, 그에 따른 반응을 살펴본다면 명백한 in vivo실험이 되는거지. 알코올을 넣은 이후에 간 세포에서 어떻게 반응이 일어나는지를 본다고 생각하면 돼.

• ex vivo
  그런데, 실험을 할 때마다 쥐를 잡아서 알콜을 넣기에는 실험조건이 너무 많을 수도 있어. 이런 실험 환경이 적절하지 않다면, 쥐의 간만 따로 떼어내서 간세포를 가지고 실험할 수도 있어. 바로 떼어낸 싱싱한 간세포에 알코올을 뿌린 다음에 반응을 관찰한다면, 그것이 바로 ex vivo실험이 되는 거지.

• in vitro
  ex vivo도 사실 마찬가지의 문제가 있어. 실험을 할 때마다 새 간을 뽑을 거냐는 문제야. 그래서, 새 간에서 뽑은 세포를 불리는 거야. 불린 세포들을 가지고 실험을 하면, 당연히 ‘엄청나게 싱싱한 세포 상태’는 아닐거야. 그래도, 어쨌든 보고자 하는 것을 볼 수 있다면 실험자체로의 가치는 있는거니까!
  물론, 새 간의 싱싱한 세포 상태가 유지 되는 기간이 영원하지는 않을거야. 심지어 오래 키우면 세포의 상태가 달라지는 경우도 많거든. 그래서 얼마나 증식을 해야 우리가 원하는 그 세포의 성질이 유지가 되는가, 다시 말하면 실험이 되는가!!!!에 대한 정보가 반드시 있어야 겠지. 세포에 따라서는 ex vivo가 불가능한 세포도 있을거야. (+ : 간 세포에 대해서는 자세한 지식이 없고, 그냥 예시를 든 것 뿐이니 넘어가자구!)

무슨 연구를 했는가?

사실 세 번째 연구는 똑같아. Griffith 가 in vivo조건으로 transformation 이 일어난다는 사실을 확인했다면, Sia & Dawson 은 in vitro조건으로 확인한거거든. 그래서 이 사람들이 1930년에 낸 논문 이름도 In vitro transformation of pneumococcal types이야. 보러가볼까?

그렇다면 in vitro조건에서는 뭘로 확인을 했을까? 쥐한테 집어넣는 것 없이, 그냥 ‘박테리아’ 둘만 만나게 해 놓고 결과를 본거야. 아마 책을 보면 colony가 생겼다/그렇지 않다 이런 식으로 설명을 했을 텐데, 그건 나중에 설명할 ‘selection’ 방법이야. 그냥 아래 그림을 보면서, 똑같은 실험이라는 것만 알아두면 돼!

의의는?

이 두 사람은, bacteria 에서 transformation 을 할 수 있는 방법을 확립하신 분들이라고 생각해두면 된단다 ^0^

그림 출처 - 책에서 스캔

네 번째 연구 - DNA가 Transformation 에 관여한다!

가장 결정적으로, Transformation 에 관여하는 물질이 DNA라는 것을 증명해낸 실험이야. 위에 있는 세 분이 함께 밝혀낸 실험이고, 결과를 얻은 것은 꽤 일찍이었지만 1944년에 논문이 나왔지. Griffith 의 실험에서 가장 중요한 것을 밝혀냈다고 볼 수 있겠지? 실험 자체가 Griffith 의 실험을 좀 더 정교하게 세분화해서 진행한 실험이기 때문에, 사용한 균은 똑같아.

왜 세 명이나?

Avery, 그림 출처
연구에 참여한 사람이 많지?ㅋㅋㅋㅋㅋ 역사가 좀 긴 실험이라서 그래. 1928년에 transforming principle이 나오고, 1930년에 in vitro에서 transformation 을 일으키는 방법이 확립되었잖아? 그리고 나서 1930년에 Dawson은 연구실을 떠나고, Alloway라는 사람이 그것을 이어받아서 한 걸음 더 발전시키기 위해 노력해. 재미있는건, 우리가 가장 잘 알고 있는 이름인 Avery는 처음에 Griffith 의 transforming principle에 대해 회의적인 반응이었다고 하네 ㅋㅋㅋ

MacLeod, 그림 출처

Alloway는 실험을 통해 transformation 에 직접적으로 관여한다고 판단되는 ‘수용액’까지 분리를 해 낸 다음 1932년 연구실을 떠나. Avery는 이 연구를 이어 받아서 하다가, 1934년에 MacLeod가 연구실에 들어오고 함께 연구를 진행하지. 하지만 딱 그 시점에 Avery가 1937년까지 투병생활을 하면서, MacLeod가 실험을 대부분 진행했지.

MacLeod는 Alloway 가 남겨두고 간 수용액을 더 정제하고 순수하게 만들기 위해 노력해. 사실 1936년 쯤에 DNA일 것 같다~는 낌새를 채기는 했다고 하네 ㅋㅋ

McCarty 심지어 왓슨 & 크릭과 함께!!
그림 출처

1940년에 MacLeod는 연구실을 떠나 다른 곳으로 가고, McCarty가 들어와서 그 연구를 완성해. 사실 아래에서 설명 할 실험들은 이 두 사람이 대부분 완성을 했다고 해.

여튼, 이렇게 엄청난 역사를 가진 실험이야. 실험을 완성하면 엄청난 결과가 될 것이라는 걸 알고 오랫동안 매달렸는지, 아니면 오랜 시간동안 한 연구주제에 집중한 결실인지는 잘 모르지만 ㅋㅋㅋ 어쨌든 DNA의 역사에 한 획을 그은 중요한 실험이라는 건 확실하네.

어떤 실험이었는가?

Griffith 의 실험에서, Transformation 이 일어난 경우는 Type Ⅱ R과 열처리를 한 Type Ⅲ S를 함께 넣었을 경우였어. 그러니까 열처리한 Type Ⅲ S에서 대체 어떤 물질이 옮겨가는지가 궁금하다면, 그 물질만 분해하는 효소를 Type Ⅲ S에 넣은 다음에 실험을 진행하면 돼.

목적어 없이 설명하려니까 힘들다.ㅎㅎ 구체적인 예시를 들어볼게.

• 우리가 알고 있는 결과는 DNA가 Transformation 되는 물질이라는 거야.

이걸 검증하려면, 열처리가 끝난 Type Ⅲ S 에 DNA 분해효소를 넣는거야 일단. 그 다음에 Type Ⅱ R이랑 섞으면, transformation 이 될 Type Ⅲ S DNA가 분해가 되어버렸으니 transformation 이 일어나지 않을거야. 결과적으로는 Type Ⅱ R 만 살아남아서 크고 있겠지.

만약, 열처리가 끝난 Type Ⅲ S 에 단백질 분해효소를 넣는다고 생각해봐. 그러면 DNA는 여전히 남아있으니까, transformation 이 일어날거란 말이지. 결과적으로는 Type Ⅲ S와 Type Ⅱ R이 둘 다 살아남아서 크고 있을 거야.

실험의 결과는?

저런 원리를 가지고 실험을 진행했어. 사용한 효소들이 단백질 분해효소(protease), 지방 분해효소(lipase), RNA 분해효소(RNase), DNA 분해효소(DNase), 탄수화물 분해효소(Carbo-ase)의 다섯 가지야.

뭐 사실 처음부터 저 효소들을 다 알고 때려넣은…건 아니래 ㅋㅋㅋ 성분 분석을 통해서 DNA에 있는 성분이 좀 많다..싶으니까 DNase를 넣어야 겠다는 생각을 한거고 뭐….그런거지 ㅋㅋ

여튼, 저 위의 다섯 가지 효소 중에서 DNase를 넣은 놈에서만 Type Ⅲ S가 관찰되지 않았고, 나머지 네 군데에서는 Type Ⅲ S가 Type Ⅱ R과 함께 자라고 있더래. 한 눈에 정리하면 아래 그림과 같을거야.

Avery - MacLeod - McCarty 실험 요약
그림 출처

의의

두 말 할 필요도 없이, DNA가 transformation 에 직접적으로 관여하는 가장 중요한 물질이라는 사실을 밝힌 중요한 실험이겠지.
하지만, 지금에 와서야 되게 중요한 실험이라고 말하지, 사실 저 때는 엄청난 반론도 많았어. 생물 교과서에서는 단순히 ‘에이버리의 실험’이라고 소개하고 있지만, 처음에 그들의 연구가 받았던 비난과 무시는 엄청났다고 해. 사실 처음부터 transformation 에 대해 Avery도 의구심을 품고 있었다고 할 정도로 굉장히 혁명적인 아이디어였나봐. 그래서 1944년 보다 좀 일찍 발견한 실험 결과인데도 발표하기를 조금 주저했다고 하네.

어쨌든, 이렇게 힘들게 오랜 역사를 거쳐 밝혀진 결론을 한 마디로 요약해볼까?

• DNA는, transformation 에 관여하는 물질이다.

다음 포스팅 예고

다음 포스팅에서는 DNA의 발견에 대한 이야기를 마무리 지어보려고 해. 역사도 길고 실험을 이해하기도 쉽지는 않지?ㅠ

다음 포스팅에서는 DNA가 ‘유전정보’라는 결정적인 증거를 안겨준 실험을 소개해볼거야. 생물 교과서에서 들어봤었을수도 있는, 허쉬 & 체이스의 실험이야!

• Hershey & Chase의 실험
  유전정보는 확실히 DNA에 의해 전달 되더라!
• Frankel-Conrat의 실험
  어떤 생물에서는 RNA도 전달하더라!

그럼 다음 포스팅에서 봐!

참고한 책, 페이지

• http://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/CC/p-nid/157

• http://www.genomenewsnetwork.org/resources/timeline/1944_Avery.php

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