중심개념(Central dogma) 및 DNA 재조합 기술의 소개

-. 중심개념(Central dogma)

Central dogma는 분자생물학의 이론적 뼈대이다

1950년대 후반 분자생물학의 많은 연구는 뉴클레오타이드 서열이 아미노산 서열을 지정하는 메커니즘을 발견하고자 하는 방향으로 진행되었다. Crick은 1957년 한 연찬회에서 분자생물학에 이론적 뼈대를 제공하는 유전 정보 흐름에 대한 모델을 제시하였다. 다음은 Crick의 강연 초록의 일부로 중심개념(central dogma)로 알려진 학설을 간명하게 설명하고 있다:

"더 자세히 말하면, 정보가 핵산에서 핵산으로 또는 핵산에서 단백질로 전달되는 것은 가능할지 모르나 단백질에서 단백질로 또는 단백질에서 핵산으로 전달되는 것은 불가능하다. 여기서 정보란 핵산의 염기서열 또는 단백질의 아미노산 전기 서열을 의미한다."

이렇게 하여 Crick은 유전정보는 DNA에서 DNA로(DNA 복제, DNA replicaton), DNA에서 RNA로(전사, transcription), 그리고 RNA에서 폴리펩타이드로(번역, translation) 흐른다고 제안하였다.

1960년대 중반에 이르기까지 분자생물학자들은 central dogma를 지지하는 상당한 양의 실험 결과를 축적하였다. 특히 그들은 복제와 전사를 촉진하는 효소들을 발견하였으며 뉴클레오타이드 서열을 아미노산 서열로 번역하는 경로를 밝혔다. 사소한 점에서는 약간의 차이가 존재하지만 모든 생물은 동일한 기본 메커니즘을 통해 뉴클레오타이드 서열 정보를 아미노산 서열 정보로 번역한다. 이러한 정보 전달에는 번역 장치의 세 가지 주요 성분인 messenger RNA(mRNA), ribosome, 그리고 transfer RNA(tRNA)가 주된 역할을 한다. 각각의 유전자는 특정 mRNA 분자를 합성하기 위한 주형으로 쓰일 수 있다. mRNA 분자는 ribosome(단백질 합성 공장)이 특정 폴리펩타이드를 만들도록 한다. tRNA가 활성화된 아미노산을 ribosome으로 나르면, ribosome은 mRNA의 지령에 따라 아미노산을 연결하여 폴리펩타이드 사슬을 만든다.

DNA 구조가 밝혀진 후 12년에 걸쳐 분자생물학 분야에서 성취된 비범한 과학적 진보는 Marshal W. Nirenberg(마셜 나른 버그)와 기타 학자들이 일련의 총명한 연구를 통해 유전암호를 완전히 해독해 냄으로써 매듭을 짓게 되었다. 그 결과 1965년에는 DNA 또는 mRNA의 뉴클레오타이드 서열로부터 폴리펩타이드 사슬의 아미노산 서열을 유추할 수 있게 되었다. 놀랍게도 유전암호는 거의 범용적(nearly universal)이라고 판명되었다. 인접한 3개의 특정 뉴클레오타이드 서열 또는 codon은 세균, 식물, 동물에서 모두 동일한 아미노산을 지정한다. 생명현상의 통일성을 지지하는 데 이보다 더 설득력 있는 증거가 필요하겠는가?

-. DNA 재조합 기술의 소개

DNA 재조합 기술은 복잡한 생물체계의 연구를 가능하게 한다.

분자생물학의 두 번째 큰 물결은 1970년 후반 DNA 재조합 기술(recombinant DNA technology, 유전공학이라고도 함)의 발달과 함께 시작되었다. DNA 재조합 기술 덕분에 여타의 유기물 분자와 마찬가지로 유전자를 실험실에서 조작할 수 있게 되었다. 유전자는 합성될 수도 있고 원하는 데로 변형시킬 수도 있으며 그 염기서열을 결정할 수도 있다. 서열 정보는 분자생물학자들이 몇 달 또는 몇 년 걸릴지도 모르는 수고를 덜어준다. 예를 들어, 인간에게 특정 질병을 유발하는 데 관여하는 유전자가 새로 발견되면 그 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 이미 알고 있는 모든 유전자의 염기서열과 비교함으로써 새 유전자의 기능에 대한 귀중한 단서를 얻게 될지도 모른다. 만일 기능이 알려진 어떤 다른 생물의 유전자와 염기서열이 비슷하면 새 유전자의 기능은 비교 유전자의 기능과 유사할 가능성이 크다. 또는, 새 유전자의 어떤 작은 조각의 뉴클레오타이드 서열이 특정한 결합 기능이다. 촉매 기능을 갖는 아미노산 서열을 지정한다면 새 유전자의 기능을 연구하는 것이 쉬워질 것이다.

DNA 재조합 기술의 발달로 불과 몇 년 전만 하여도 다루기 어려워 보였던 문제를 해결하는 연구에도 엄청난 진보가 이루어졌다. DNA 재조합 기술은 세포 분열, 세포 분화, 정상 세포의 암세포화, 예정세포사(apoptosis), 항체 생산, 호르몬 작용, 그리고 여타의 다양한 근본적인 생명현상을 연구하는 데 도움을 주고 있다.

DNA 재조합 기술이 가장 활기차게 응용되고 있는 분야 중 하나는 의학이다. 수년 전까지만 하여도 많은 인간 질병은 동물 모델이 없기 때문에 오직 인간을 대상으로 하여 연구할 수밖에 없었다. 인간 질병을 연구하는 데 수반되는 윤리적 구속 때문에 이러한 질병에 대한 연구는 거의 진척이 없었다. 유전자를 변형하거나 한 종에서 다른 종으로 전달하는 방법이 개발되자 인간 질병을 연구하기 위한 동물 모델을 만드는 것이 가능해졌으며 이에 따라 인간 질병의 연구가 빠르게 촉진되었다. 또한 DNA 재조합 기술의 발달로 다양한 질병을 진단할 수 있는 도구가 개발되었을 뿐만 아니라 당뇨, 빈혈, 심혈관 질환, 그리고 암을 치료하는 신약이 탄생하였다. DNA 재조합 기술이 실질적으로 응용되고 있는 의약 분야의 목록을 하루가 멀다고 길어지고 있다.

 

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