김우재
초파리·꿀벌유전학자.어린시절부터꿀벌,개미와같은곤충에관심이많았다.연세대학교생물학과를졸업하고포항공과대학교POSTECH에서바이러스학으로박사학위를받았다.이후박사후연구원으로미국에서초파리의행동유전학을연구했다.UCSF에서초파리행동유전학의대가인유넝잔교수를사사했으며,2015년부터캐나다오타와대학교교수로초파리수컷의교미시간이환경에따라어떻게변하는지를신경회로의관점에서연구했다.2021년에하얼빈공업대학교생명과학센터교수로부임해초파리와함께꿀벌의사회성행동을연구하고있다.지은책으로《플라이룸》《선택된자연》《과학의자리》가있으며,함께쓴책으로《4차산업혁명이라는유령》《과학하고앉아있네9:김우재의초파리사생활엿보기》가있다.
서문
1부RNA,인류의구원자
01mRNA백신과보통과학자
02물벼룩과생존투쟁
03실패의이름으로
04영웅없는혁명
05특허그리고악당의탄생
06폐기된기술에서인류의희망으로
07백신을둘러싼인본주의와자본주의의전쟁
08백신은누구의것인가?
09백신불평등과오미크론
10백신,그우연한인본주의의승리
2부핵산의시대
11핵산이라는물질
12이중나선의수줍은등장
13스타가된왓슨
14잡초의시대
15시드니브레너의벌레
1640퍼센트의인간
17멀티플스,발견의동시성
18원자에서유전자로
19유전자라는개념
20포스트유전체학시대의유전자
21RNA의성공학
3부숨겨진분자
22꼬마RNA의발견
23영웅과아나키스트
24미르를만드는방법
25미르라는이름의신세계
26복잡성의진화
27유전자만능열쇠
28자연의무정부주의
29번역은반역이다
30미르와조율의미학
31도약의조건
4부다시만난세계
32월터길버트와인트론
33인트론의존재이유
34역사의주인공은바뀐다
35시계,도서관,컴퓨터
36과학에는법칙이없다
37과학자는어떤태도로자연을대해야하는가?
38RNA넥타이를맨과학자들
5부혁명의분자
39바버라매클린톡과트랜스포존
40돌연변이로부터
41플라멩코와집시의춤
42파이이야기
43전이인자와숙주의공진화
44암과미르
45암치료의조건
46암치료의희망을찾아
47혁명의분자,분자의혁명
6부환경의인지조율사
48인간다움이란무엇인가?
49단백질너머의과학
50두뇌속RNA
51인지과학과분자유전학의조우
52유전자와환경의조율
53RNA편집과두뇌의진화
54DNA에환경을기록하기
55기억의비밀
7부꿈의분자
56현재진행형의역사
57도그마의해체
58저항의과학을위해
후기
후주
찾아보기
2023노벨생리의학상수상(“우리의이해를근본적으로바꾼획기적인발견”)
아무도주목하지않았던커털린커리코·드루와이스먼의
mRNA백신연구가노벨상을받기까지
RNA에관한단한권의책!
코로나팬데믹의구원자mRNA백신부터미르(miR)까지
혁명의분자RNA의현재진행형역사를만나다
2023년노벨생리의학상수상자로커털린커리코와드루와이스먼이선정되었다.mRNA의특성을이용해코로나19백신을개발한공로를인정받은것이다.커리코는1980년대부터RNA를연구해왔고,2000년대이후부터는와이스먼과함께RNA의한종류인mRNA를활용한백신개발에집중했다.그런데사실mRNA백신은지난수십년간수백명의과학자들이쌓아올린RNA연구위에서탄생한것이다.하얼빈공업대학교생명과학센터김우재교수의《꿈의분자RNA》는한글자판으로입력하면‘꿈’이되는분자‘RNA’를둘러싼과학의역사를살핀책이다.이책에서저자는생명의가장원초적조건인RNA의발견과응용,그리고미래의가능성을둘러싼현재진행형의역사를탐색하며,RNA가왜생명이라는현상의거의모든것에관여하는가장중요한분자인지,그리고현대과학은왜RNA에주목하고있는지를이야기한다.특히코로나팬데믹에서인류를구원함으로써2023년노벨생리의학상의주역이된mRNA백신부터암과의전쟁그리고인지과학의새로운방향성을제시하는미르(miR),즉마이크로RNA에이르기까지,RNA와그것을둘러싼미래의가능성을구체적인과학적서술을통해설득력있게제시한다.
이책에는RNA에관한여러과학지식외에도생명과학연구의흐름과특성,그리고그에대한저자자신의철학도함께담겨있다.이를통해독자들은단순히발견과발명의연대기로서의과학사가아니라사회적,문화적,철학적복합학문으로서의과학사를경험할수있을것이다.
보통과학자가만들어낸위대한기적
커털린커리코와mRNA코로나19백신의탄생
이책은코로나19로부터인류를구원한mRNA(전령messengerRNA)백신개발의공로를인정받아2023년노벨생리의학상을수상한커털린커리코이야기로시작한다.도축업자의딸,헝가리츨신이민자,대학의홀대,그리고계속되는연구실패와특허강탈까지,커털린커리코의이야기는소위‘떠오르는별risingstar’이라고하는일류엘리트과학자들의경력과는한참어긋나있다.1985년헝가리를떠나미국에온커리코는1989년펜실베이니아대학교에조교수자리를얻지만6년만에교수직을박탈당한다.1997년,훗날노벨상을함께받게되는드루와이스먼을만나연구를계속하던커리코는2005년,현재의mRNA백신기술에결정적인역할을하는RNA변형방법을개발하여면역반응을피할수있는백신을만들수있음을논문으로입증했다.그럼에도불구하고대학에자리를잡지못한커리코는2007년,드루와이스먼과함께RNARx를설립했다.이회사의목적은mRNA를변형해서질병치료에사용하는기술을개발하는것이었다.하지만제대로된연구비를지원받지못한채고군분투했고,2012년항바이러스성치료에mRNA를사용하는기술에대한특허를받았지만,이기술에대한대부분의지분을가지고있던펜실베이니아대학교는특허를헐값에팔아치웠다.결국2013년커리코는훗날화이자와함께mRNA백신을개발하게되는바이온테크로옮겼다.RNA연구에투신하기로하고박사학위를시작한1978년부터이2013년까지35년동안커리코는계속해서논문의제1저자로이름을올렸다.즉,한시도실험실을떠나지않은채연구에집중한것이다.
커리코의삶은자신의연구를제대로인정해주지않는학계의홀대에도불구하고연구에대한열정을불태워온‘보통과학자’의삶을보여준다.과학은이처럼단기간의성과에얽매이지않고묵묵히연구실을지켜온과학자들에의해이루어진다.커리코의삶과연구를통해이책은과학생태계의현실과과학이발전하는예측불가능한과정에대한교훈도함께전한다.
RNA는무엇이며,생물학을어떻게변화시키는가
가장작고오래된생명의분자가들려주는가장혁명적인과학적성취
생물학에서20세기는DNA독재의시대였다.1953년왓슨과크릭이DNA이중나선구조에관한논문을발표한이후생물학의모든주요사건에는DNA라는이름이따라붙었다.안정적인이중나선구조로되어있는DNA는정보의저장과보존에특화되어있다.그런데DNA는단백질의도움이없으면스스로를복제할수도,자신의정보를표현할수도없다.단백질은세포의기능을총괄한다.이들은피부를이루고산소를운반하며,때로는항체가되어병균을잡는다.이들에비해RNA는그저DNA의정보를단백질로전달하기만한다고여겨졌다.그러나연구결과RNA는DNA의‘정보저장’과단백질의‘기능’역할을동시에수행할수있다는사실이밝혀졌다.최근들어이러한RNA의중요성이부각되고있다.
지구상생명의역사는RNA와함께시작되었다.1963년부터알렉산더리치와같은과학자에의해RNA가최초의지구생명이었을가능성이제기되었고,1968년칼우스를거쳐1985년에월터길버트에의해‘RNA세계’의가능성이완성되었다.현재대부분의과학자는태초에유전‘정보’와단백질의‘기능’을모두갖춘RNA들로세상이이루어져있었다는‘RNA세계가설’을인정하고있다.쓰레기(정크junk)DNA라는취급을받아왔던98퍼센트의DNA대부분이RNA로전사된다는사실,다세포생물에서와서야등장한발생과정에서도RNA가중요한역할을한다는사실이밝혀졌다.또한인간과침팬지두뇌의결정적차이도RNA때문일수있음을알려주는증거가발견되었다.이런여러발견으로분자생물학은크게바뀌고있다.RNA는적어도지금생물학자들에게는‘혁명의분자’다.
생명과진화의비밀을밝혀줄열쇠,미르
미르는무엇이며,왜생물학계에서가장주목받는대상이되었는가
1993년다트머스대학교의빅터암브로스교수연구팀은예쁜꼬마선충의발생과정에관여하는유전자를동정하는과정에서특이한돌연변이유전자를발견했다.후에‘lin-4’라는이름을얻은그작고짧은돌연변이가바로마이크로(micro)RNA,미르(miR,miRNA)이다.이후7년이지나서야또다른미르(let-7)가발견되었고,그뒤로는불과1~2년만에100여개의미르유전자가발견되었다.현재인간의경우200~255개,선충은103~120개,초파리는96~124개정도의미르유전자가존재한다고알려져있다.미르는22개의핵산으로이루어진머리핀모양의RNA다.미르는종류와기능이다양한데,mRNA의꼬리부분에존재하는특별한염기서열에미르가결합하면,그mRNA의발현이억제된다.즉mRNA와상보적으로결합해세포내의유전자발현을조절하는것이다.
미르는고등생물의계통발생학적변화의중심에있다.생명의진화에서‘형태학적복잡성’의증가는언제나새로운종류의미르유전자의등장과함께한것으로보인다.새로운문(門)이등장할때마다미르유전자의수가폭발적으로증가하거나새로운종류의미르유전자가출현했다.미르는또한개체발생에서도매우중요한역할을한다.개체발생의후반기에발현되는미르유전자의수와종류역시늘어남이밝혀졌기때문이다.유기체의복잡성과미르유전자의종류및수가보여주는강한상관관계는유기체의복잡성을측정하는아주좋은지표이다.미르유전자의발견은과학계에큰영향을미쳤으며,유전자발현조절및진화의이해에새로운통찰을제공하고있다.
미르가선사하는생물학의새로운가능성
암의진단과치료부터신경과학의미래까지
미르유전자의3분의1정도가매우특별한조직혹은세포에서발현된다.미르-122는간에서만발현되고,미르-375는췌장에서,미르-142와미르-223는조혈모세포에서,미르-1과미르-133은근육에서발현된다.이처럼특정조직에서발현되는미르유전자의특성을이용하면특정단계에있는암환자의종양을확인할수있다.이렇게다양한종류의암에서발현되는미르유전자프로필을조사하면암의진단에도움을받을수있기때문에미르를이용하여암의진단및치료에활용하는연구가진행중이다.또한,심장병과관련된미르유전자도연구되고있다.줄기세포에서발현되는미르유전자도의학및생물학연구에서큰관심을끌고있으며,특히난치병치료및면역학분야에서중요한역할을할것으로기대된다.미르유전자는면역반응및신경계에서도중요한역할을한다.면역세포인T세포와B세포에서발현되는특정한미르유전자들은면역세포의발달및기능조절에영향을미친다.뇌및신경계에서도미르유전자의연구가활발히진행되고있는데,이를통해‘뇌과학의꽃’이라할수있는신경가소성연구에미르가중요한위치를차지할것으로보인다.
미르유전자는현재분자생물학에서가장중요한연구주제가되었다.또한미르는RNA편집과도관련이있어,미래의의학및생물학연구에큰잠재력을가지고있다.미르유전자연구는생물학적과정을깊이이해하고질병치료에혁신적인방법을개발하는데중요한역할을할것이다.
“과학은권위를거부하며,과학자는권위에저항한다”
도그마의해체와저항하는과학
RNA의재발견과정과mRNA및미르가선사할무한한가능성을통해서저자가진정으로이야기하고자하는것은과학에대한사회적,문화적태도의중요성이다.저자가서문에서밝혔듯,이책은어느정도“과학자들의훈련방식을익히도록”구성되었다.단순히RNA를둘러싼여러발견과발명의역사를교과서적으로나열한것이아니라그뒤에숨겨진배경지식과학계의흐름,그리고그에대한철학적,사회적의미를함께제시했다.이는과학이단순한지식의총화가아니라“그자체로하나의문화”여야한다는저자의철학에따른것이다.
분자생물학이탄생한이래로,유전정보는단백질의형태로기능하며이과정에서RNA는정보전달자의기능을수행한다고생각되어왔다.1950년대에서1970년대까지분자생물학자들을사로잡은이러한관점은크릭의‘중심도그마’라는말에잘드러나있다.중심도그마는‘DNA가RNA를,RNA가단백질을만든다’라고요약할수있는데,RNA의재발견은DNA를중심으로사고하던분자생물학자들의중심도그마를해체시켰다.저자는그과정에서볼수있는과학의세가지특징,때로는실험도구가과학적발견을이끌기도한다는‘도구의역할’,기존가설로는설명할수없는데이터들이쏟아져나올때대안가설이힘을받게되는‘논리적정합성’,과학자사회의‘조직화된회의주의’를기술하며,진정한의미에서과학자들에게도그마란존재하지않는다는것을보인다.
과학에절대적지식,절대적진리는존재하지않는다.과학자들의작업은좋은이론을끊임없이찾아가는것이지절대적인이론을찾는것이아니다.이과정에서기존의권위와독단에대한도전은과학자에게반드시필요한태도일수밖에없다.과학을대하는저자의자세는이책의마지막문장으로요약할수있다.“과학은권위를거부하며,과학자는권위에저항한다.”
과학발전에진정으로필요한조건
영웅없는현대과학과정부의역할
저자가책에서강조했듯이코로나19백신개발이오로지커털린커리코와드루와이스먼의영웅적인업적으로만받아들여져서는안된다.커리코의연구가mRNA백신개발에중요한기여를한것은사실이지만,mRNA백신자체는역사적으로RNA연구라는기초과학분야에헌신한수백명과학자들의공동성취라고할수있다.커리코와함께mRNA백신의원리와적용방법을연구한전세계의과학자동료가없었다면mRNA백신은세상에나올수없었을것이다.
저자는이책곳곳에서기초과학에대한투자의중요성을강조한다.저자의말마따나장기적인안목없이1년이라는짧은시간단위로근시안적인투자만한다면우리는선진국발끝만따라가는신세를면하기어려울것이다.순수과학은과학의지평을넓히고다양성을확보하는유일한도구다.당장은쓸모없어보이는순수과학을통해확보된다양성이혁명적인기술의발견혹은패러다임을바꿀만한새로운과학적이론의출현에밑거름이된다는뜻이다.
미르가생물학의뜨거운주제가된것은많은과학자들이이분야에뛰어들었기때문이다.현대의과학은소수의영웅적과학자의결정적실험과위대한발견을통해발전하던시기를지나협업을통해다양한방식으로발전하고있다.저자는과학의발전을위해서는소위‘돈이되는분야’에대한선택과집중보다‘다양성’이훨씬중요하다고말하며,이럴때가장필요한것은장기적인관점에따른정부의지원과투자일것이라는지적도잊지않는다.
