하나의 세포로부터 : 우리 안의 우주를 탐험하는 생명과학 오디세이

하나의 세포로부터 : 우리 안의 우주를 탐험하는 생명과학 오디세이

$25.00
Description
“하나의 세포는 어떻게 인간이 되는가”
배아부터 mRNA, 배아줄기세포, 유도만능줄기세포까지
생명의 기원에 관한 가장 오래된 질문에서 시작해
의학의 미래로 향하는 경이로운 지적 여정
- 배아는 어떻게 ‘알고’ 스스로 뼈와 살과 장기로 진화할까
- 실험실의 파리와 벌레, 생쥐가 가르쳐준 생명의 진실
- 배아의 사악한 도플갱어, 암은 어디서 왜 생기는가
- 간은 재생되지만 뇌는 재생되지 않는 이유
- 복제 양 돌리부터 유전자 편집까지 현대의학의 끝없는 도전

우리 모두는 보잘것없는 단일세포에서 시작해 수조 개의 세포로 이뤄진 유기체로 성장했다. 하나의 세포를 이토록 아름답고 복잡한 생명체로 변모하게 하는 힘은 과연 무엇인가? 자연의 가장 경이롭고도 보편적인 현상, 즉 ‘발생’은 과학이 수 세기 동안 찾고자 했던 가장 근원적인 질문 중 하나다. 이 질문에 대한 해답을 찾아낸다면 인류는 분명 지금껏 상상하지 못한 미래를 열어젖힐 것이다.
미국의 저명한 암 연구자이자 세포 및 발생생물학자인 벤 스탠거(Ben Stanger)의 첫 대중서 『하나의 세포로부터(From One Cell)』는 배아세포와 배아줄기세포에 관한 과학적 탐구의 여정뿐 아니라, 질병 해방과 재생을 향한 현대 의학의 위대한 모험을 담고 있다. 저자는 이 책에서 배아발생부터 유전자, 줄기세포, mRNA 등 생명의 기원을 추적해 나선 실험실 속 영웅들의 장대한 발견의 역사로 우리를 이끌며, 나아가 유전자 편집과 세포 역분화, 재생의학 등 지금 우리가 알아야 할 현대 의학의 첨예한 이슈를 추리소설처럼 정교하고도 흥미진진하게 펼쳐낸다.
우리 모두가 하나의 세포에서 시작했다는 것, 그리고 지금 이 순간에도 벌어지고 있는 무수한 기적의 산물임을 깨닫게 된다면 당신은 분명 이전과는 다른 눈으로 세상을 바라보게 될 것이다.

저자

벤스탠거

저자:벤스탠거BenStanger
의사이자발생생물학자,그리고암생물학자.
펜실베이니아대학교의해나와이즈암연구교수이자세포및발생생물학교수로재직중이다.펜메디슨의소화기내과전문의이기도하다.매사추세츠공과대학생명과학과를졸업,하버드의과대학에서유전학과의학으로박사학위를취득했으며,하버드대줄기세포학자더글러스멜튼의연구소등에서박사후과정을밟았다.
스탠거박사는배아발생이야말로생명의청사진이자질병해방의마스터키라는사실에주목하여지난20년간유전학·세포및발생생물학·분자생물학연구에매진해왔다.그리고이를바탕으로췌장암·간질환·당뇨병의치료법을찾는데전념하며150편이상의논문을발표했다.에이브람슨가족암연구소의연구원이자펜실베이니아췌장암연구센터소장으로있으며활발한연구를이어가고있다.
이책은스탠거박사가대중을위해쓴첫저서로,단일세포에서인간으로성장하기까지자연의정교한설계와놀라운우연으로직조된생명의작동원리를추적하고있다.이책은출간즉시아마존생물학분야1위에올랐고,2023년필라델피아아테네움저술상최종후보로선정되며대중과학계의찬사를받았다.

역자:양병찬
서울대학교경영학과와동대학원을졸업한후,대기업에서직장생활을하다진로를바꿔중앙대학교에서약학을공부했다.약사로활동하며틈틈이의약학과생명과학분야의글을번역했다.최근에는생명과학전문번역가로활동하며,포항공과대학교생물학연구정보센터의바이오통신원으로《네이처》와《사이언스》등해외과학저널에실린의학및생명과학기사를번역해최신동향을소개했다.진화론의교과서로불리는『센스앤넌센스』와알렉산더폰훔볼트를다룬화제작『자연의발명』을번역했고,2019년에는『아름다움의진화』로한국출판문화상번역상을수상했다.그밖에옮긴책으로『이토록굉장한세계』,『숨겨진뼈,드러난뼈』,『브레인케미스트리』가있다.

목차

서곡-생명의시작

1장단일세포문제:생명의근원에관한가장오래된질문
마트료시카┃세포,자연선택설,그리고실험생물학┃반쪽배아┃스스로를재건하는기계┃형성체,운명을바꾸는전환┃미국식시스템vs유럽식시스템

2장세포의언어:유전자를읽고쓰다
유전자라는언어를배우다┃다윈의단절고리,형태형성요소┃플라이룸의흰눈파리┃최초의유전자지도┃황이결핍된물질┃형질전환물질

3장세포사회:무엇이세포의운명을결정하는가
세포사회의구성원들┃유전자수헤아리기┃비좁은개구리실험실에서┃발생시계를되돌리는법┃그개구리라는증거┃유전체동등성과복제양돌리

4장유전자켜고끄기:파자모실험과유전자코드
다락방에서깨운바이러스┃먹는순서를선택하는세균┃mRNA의발견┃유전자조절을억제하는것┃전사와번역이라는원리

5장유전자와발생:파리와벌레가가르쳐준것
머리,어깨,무릎,발가락┃하이델베르크연구┃파리에서벌레로┃발생의계보와궤적┃변이에서기능으로

6장길찾기:어디로,얼마나,어떻게갈것인가
형태발생의이정표┃위와아래,외부와내부┃위치를바꾸는법┃서로끌어당기는힘┃관은어떻게만들어질까┃크기조절이라는미스터리┃움직이는배아

간주곡-무르익은생명의생물학

7장줄기세포:또다른하나의세포
자연의거대한실험┃암을치료하는코발트폭탄┃분석의과학┃울퉁불퉁한비장┃또다른‘하나의세포’┃1에서100만으로의증식

8장세포연금술:배아줄기세포가연가능성
특이한종양┃배아줄기세포의시대┃녹아웃생쥐┃생쥐에서인간으로┃줄기세포와의전쟁┃현자의돌┃세포아바타,유도만능줄기세포

9장한세포의폭주:암세포의진화
암의세포적기원┃암치료연구의현주소┃종양의이웃들┃배아조직의사악한도플갱어

10장영원의눈과개구리의발가락:재생의학의미래
척추손상환자들┃장기부전과재생┃공간에서길을잃다┃기관을처음부터새로만든다?┃순탄치않았던세포기반치료┃희미한희망

11장낮의과학과밤의과학:우리에게남은과제
세포기억의복잡성┃유전의재구성┃인간을조작하다┃생물학적문해력

피날레-다시돌아온질문

감사의글
용어해설

찾아보기

출판사 서평

책속에서

지구상의모든동물이하나의세포에서생명을시작한다는것,이는우리의기원에대한근본적인진실이다.하지만이렇게복잡한것을만드는데필요한모든정보가어찌이토록단순한것으로압축될수있는걸까?이독특한단위unit에서생성된수조개의세포는각각이‘무엇이되고어디로가야하는지’를어떻게아는걸까?배아embryo의과거를더잘이해하면,더건강한미래를영위할수있을까?『하나의세포로부터』는이러한질문에답하기위한노력이다.이책은지금껏수없이반복되어온담론,즉하나의세포가어떻게성숙한유기체로성장하는지에대한이야기다.
-「서곡」중에서

이경이로운발달은어쩌면그토록원활하고재현가능하게이루어질까?각각어떤식으로전문화할지,언제분열할지,어디로갈지,무엇을해야할지세포는어떻게아는걸까?발생은주로우리의유전자에의해제어되는걸까,아니면환경에의해제어될까?새로운세대가태어날때마다이아슬아슬한발생과정을반복하면서,각각의종種은멸종의위기를불러일으킬만한오류를어떻게그토록확실히제한할수있을까?그리고무엇보다도가장놀라운것,어떻게단하나의세포에서운동과호흡과소화와감각과이성의능력을갖춘온전한동물이생겨날수있을까?이수수께끼를우리는‘단일세포문제’라고부르기로하자.
-1장「단일세포문제」중에서

1856년부터1863년사이에멘델은약3만종류에이르는식물을조사하여눈에보이는표현형을점수화하고패턴을찾았다.터무니없으리만치엄청난양의작업이었지만그노력은결실을맺었다.그가관찰한모든표현형의빈도에서단하나의놀라운관계가드러난것이다.순종교배의2세대에서,기이하게도‘3대1’이라는재현가능한비율이나타났다.키작은식물한송이당키큰식물세송이가있었고,흰색꽃을피우는식물한송이당보라색꽃을피우는식물세송이가있었다.키큰식물이흰꽃을피우든보라색꽃을피우든,각각의형질은독립적으로유전되어3대1이라는매혹적인비율을이루었다.그가찾고자했던수학적정밀성,즉유전의보편적논리였다.이제남은과제는이를이해하는것이었다.
-2장「세포의언어」중에서

배아발생을연극에비유하자면,유전체는대본이요세포는배우와스태프라할수있다.제작이시작되기전부터모든관련자―배우,제작스태프,디자이너,감독―는대본의전체사본을받아무대에서일어날모든순간을머릿속에그려본다.(중략)그와마찬가지로발생중인세포각각은대본의전체사본,즉유전체를받아평생동안가지고다닌다.세포들은자신의역할을배우며유전체텍스트의특정부분에강조표시를하고,여백에메모를남긴다.이것이바로유전자조절의본질이다.각세포가유전체에서어떤대사에집중하고어떤대사를무시할지표시하는것이다.배아발생내내계속되는리허설을통해,중요한대사는강화되고그렇지않은대사는억제된다.
-4장「유전자켜고끄기」중에서

1990년대에들어서면서발생생물학,유전학,분자생물학,진화생물학분야는본질적으로통합되었다.각분야에종사하는과학자들은서로다른도구를사용했지만모두단일세포문제와관련하여밝혀낼것이있었다.이들은유전학적접근방법을벌레와파리에적용하여전사인자,수용성단백질,세포내신호전달분자,비코딩RNA등한정된수의유전자산물이신체구성의역할을담당한다는부분적인해답에도달했다.물고기든공룡이든오랑우탄이든,그생물의종류가무엇인지는상관없었다.자연은절약의미덕을발휘하여동일한설계원리를발생과정에반복적으로재활용하며,이러한복제와편집의기반이되는유전프로그램은심지어예쁜꼬마선충과초파리보다훨씬더오래된생물로거슬러올라간다.
-5장「유전자와발생」중에서

매컬러는울퉁불퉁한비장을무시하는대신두배로집중했다.부검을완료하고각생쥐의결절개수를꼼꼼히기록한뒤,주사내용을기록한실험노트를펼쳐틸이주입한세포수가적힌목록과방금세어본혹의수를비교했다.그러자거의완벽한상관관계를암시하는명백한패턴이나타났다.틸이주입한골수세포가많을수록더많은혹이나타났다.그는이것이무엇을의미하는지몰랐지만,그저우연이라하기에는그추세가너무도분명했다.
다음날아침매컬러는그래프가그려진종이를흔들어보이며OCI로들어왔다.그는본의아니게실험을일찍종료했다고고백한뒤,자신이관찰한결과와결론을틸에게설명했다.이물리학자또한그놀라운상관관계가우연이아니라는데동의할수밖에없었다.이제틸의물리학적배경이작용할차례였다.그는제이컵슨의전시戰時실험,즉맨해튼프로젝트의전담의가비장을보호함으로써방사능의독성에서생쥐를구해낸실험을떠올렸다.만일용도를알수없는이장방형기관이하나의공장이고,각각의혹이새로운혈액세포를생산하는곳이라면……?
-7장「줄기세포」중에서

어떤전사인자들의조합이발생시계를되돌린것이분명했다.그런데대체어떤것이었을까?24개의유전자가모두필요했을까,아니면일부유전자만으로가능했을까?다카하시는시행착오를거쳐총네개의유전자로목록을줄였다.현재‘야마나카인자Yamanakafactors’라불리는이네개유전자를섬유모세포에발현시키자세포는ESC처럼보였을뿐아니라모든ESC유전자를발현했고,생쥐의옆구리에주입했을땐기형종을만들었다.무엇보다중요한건,그후손이생쥐의배반포에주입된이후모든배아조직에통합되었다는사실이었다.
배아에서유래하지않았다는점만빼면조작된세포는모든면에서배아줄기세포와동일해보였다.그사실을강조하는한편인간ESC분야를괴롭혀온논란을피하기위해연구진은이러한세포재생과정을‘유도만능성inducedpluripotency’으로,프로토콜의결과물은유도만능줄기세포inducedpluripotentstemcell,iPSC로명명했다.
-8장「세포연금술」중에서

생물학자들은종양과배아사이의유사점을오랫동안인식해왔으며,보베리는유전체의차이가이둘을구분짓는다는개념을도입했다.암과의전쟁(‘전쟁’이적절한비유라면)은정밀무기―종양을제거하거나무력화하기위한수술,방사선,독성화학물질등―없이시작되었으나,20세기후반종양학자들이종양세포의분자및유전정보에점점더많이의존하여종양의고유한생화학적특징으로인한취약성에초점을맞춘표적치료법targetedtherapy,즉의학적스마트폭탄을개발하기시작했다.그리고우리는이제암을상대로이어온생물의학적갈등의세번째단계에이르러있으니,그핵심은종양을‘암세포의집합체’가아니라‘배아조직의사악한도플갱어’로인식하는것이다.
-9장「하나의세포」중에서

이러한문제들을해결하고자일부과학자들은가소성,즉iPSC기술을탄생시킨‘세포역분화’라는연금술같은현상을사용해바람직하지않은세포(예컨대흉터를형성하는섬유모세포)를보다바람직한세포(간세포,심근세포,뉴런등)로전환하는방법을고려했다.역분화인자reprogrammingfactor를환자의조직에직접도입해야하기때문에이는상당한기술적혁신이요구되는접근방식이다.그러나만약이방법이성공한다면,필요한부위에서세포를역분화시킴으로써‘3차원성’과‘통합’이라는두가지문제를부분적으로우회할수있다.새로생성된세포가이미거기에존재할테니말이다.이를비롯한여러다양한접근방식이세포,동물,사람을대상으로수백번테스트되었는데,지금까지는그결과가엇갈리는상황이다.
-10장「영원의눈과개구리의발가락」중에서

후성유전학적조절과유전자편집에관한발견은실무자조차따라잡기힘들정도로빠르게진행되고있다.사회전반에걸쳐그장단점을따져볼기회가거의없는터라,당분간은국제줄기세포연구학회나세계보건기구와같은전문기관을통해과학계의표준이정립되는실정이다.(중략)모든기술에는(윤리적·재정적·의학적)위험과이점의비교검토과정이따르며,이는정보과부하시대에점점더어려워지는과제다.생물학의다양한하위영역에서일하는과학자들이자신이속한분야의발전마저따라잡기에급급한지금,더넓은사회가새로운지식을소화하고실생활에반영하기란더욱어려운일이다.하지만기술을어떻게사용할것인지에대한합의에도달하기위해서는반드시그러한과정을거쳐야한다.생물학적문해력biologycalliteracy이그어느때보다중요해졌다.
-11장「낮의과학과밤의과학」중에서