생물학 명강 1(경암바이오 시리즈)

심사를 통과한 청소년들만이 들을 수 있었던 최고의 강의!
경암바이오유스캠프 강연을 책으로 만난다!

"지금 현장에서 뛰고 있는 생명과학자들이 어떤 질문을 던지는지, 또 어떤 과정을 통해 답을 찾아 나가는지를 보여주는 이 책은 청소년들에게는 아주 긴요한 지식과 자극을 전해줄 것입니다. 나아가 학생들이 진로를 결정할 때에도 중요한 정보를 제 공하게 될 것이라고 확신합니다. 이 책이 청소년들에게 폭넓게 읽혀 미래의 우리나라에 훌륭한 생명과학자가 나타나는 데 도움이 되기를 바라마지 않습니다."
_정헌택(한국분자세포생물학회 회장)

뇌, DNA, 단백질, 미생물, 질병, 노화, 신약, 과학수사
정신질환, 후성유전체, 암, 나노바이오, GMO, 진화 등
가장 기본적이고 중요한 생물학적 지식을 현장감 넘치게 전한다

지금 이 순간, 생물학자들이 집요하게 파고드는 생명과학의 핵심 질문은 무엇일까? 경암바이오 시리즈 『생물학 명강1』(한국분자세포생물학회 기획)은 국내 저명 과학자 15명의 경암바이오유스캠프 강연을 글로 다시 풀어쓴 생물학 교양 도서다. 15명의 생물학자는 자신이 어떤 화두를 붙들고 있는지, 어떤 과정을 통해 답을 찾아나가는지, 전 세계의 생명 연구는 지금 어떻게 진행되고 있는지를 최대한 청소년의 눈높이에 맞춰 들려주고자 한다.
경암바이오유스캠프가 생명과학 연구 동향을 청소년에게 소개하는 강연인 만큼, 15명의 생물학자들은 자신에게 가장 중요하고, 가장 흥미로운 생명 이야기들로 내용을 풍성하게 채웠다.
청소년의 뇌가 어떻게 다른지, 무엇이 정신질환을 일으키는지, 염증은 암과 어떤 관계가 있는지, 늙으면 모두 죽어야 하는지, 신약은 어떻게 만들어지는지, DNA는 과학수사에 어떻게 이용되는지, 초파리도 과연 파킨슨병을 앓는지 등 구체적이면서도 이목을 끄는 주제들로 가득하다.
1부에서는 전염병에서부터 뇌의 진화, 염증, 노화, 세포 사멸, 단백체 등 가장 기본적인 생물학적 주제를 붙들고 연구하는 과학자들의 핵심적인 질문과 탐구를 다루고 있으며, 2부에서는 미생물공학, 의약학, 법의학, 나노메디신, 뇌과학, 생명공학, 의생학 등 생물학계의 최전선에서 이뤄지고 있는 변화무쌍한 흐름과 전망을 다루고 있다.
저자들의 관심 분야와 연구주제, 실험동물은 제각기 달라서, 독자들은 '어떻게 이토록 다양할 수 있을까?' 하며 현재진행중인 생명 연구의 다채로운 스펙트럼에 쏠쏠한 재미를 느낄 수 있을 것이다. 정신질환을 다루더라도 실험동물로 초파리를 선택하느냐, 생쥐를 선택하느냐에 따라 접근 방식이 다르고, 암을 다루더라도 원인을 찾느냐, 없애는 방법을 찾느냐에 따라 연구 전략이 전혀 다르다는 것을 생생하게 알 수 있다.
이들 생물학자들의 공통점을 굳이 찾자면, 각 연구들마다 독창적인 문제제기와 도전적인 실험정신을 찾아볼 수 있다는 점이다. 어떻게 연구가 진행되었는지를 따라가다 보면, 예리한 관찰력과 번뜩이는 통찰력에 추리소설을 읽는 듯한 긴장감마저 느끼게 한다.
예를 들어, 민도식 부산대학교 분자생물학과 교수는 염증과 암을 공통으로 조절하는 가교단백질을 발견한 후 '염증과 암을 잇는 연결고리인 단백질의 기능을 제어한다면 염증과 암을 치료할 수 있지 않을까?'하는 질문을 던지고는, 가교단백질의 기능을 억제하는 약물이 만성염증과 암을 억제할 수 있다는 가설을 세워 생쥐 실험을 진행한다. 이 가설은 옳은 것으로 증명되었다.
정종경 서울대학교 생명과학부 교수의 초파리 연구도 흥미진진하기는 마찬가지다. 초파리를 실험동물로 삼아 파킨슨병의 원인을 규명하고자 하는 연구 과정에서 예상치 못한 결과를 놓치지 않는 생물학자의 모습을 엿볼 수 있다. 정종경 교수 연구팀은 초파리의 유전자를 조작해 파킨슨병을 앓게 한 후, 여러 실험을 진행하다가 초파리의 날개가 달려 있는 등 부분이 이상하다는 것을 관찰하고는 질문을 던진다. '왜 파킨슨병에 걸린 초파리의 등은 구조가 울퉁불퉁할까?' 이 관찰은 초파리가 파킨슨병에 걸리면 근섬유가 엉망으로 파괴되고, 파킨슨병의 발생에 미토콘드리아가 중요한 역할을 한다는 연구 등으로 이어졌다. 지금도 계속 진행되고 있는 이 연구는 현재 전 세계적으로 주목받은 연구 가운데 하나다.
오늘날의 생명과학은 고도로 발달했기 때문에, 최신 연구 동향을 청소년의 눈높이에 맞춰 설명하는 것은 쉬운 일이 아니다. 『생물학 명강1』이 의미가 있는 것은, 대학교재처럼 지나치게 전문적이지 않은 책이면서도, 현재 한창 진행되고 있는 생명 연구의 흐름을 폭넓고 깊이 있게 파악할 수 있는 생물학 책이기 때문이다.
또한 각 저자의 글마다 마지막 부분에 포함되어 있는 신인철 한양대 생명과학과 교수의 위트 넘치는 카툰은 글의 내용을 즐기고 음미하는 데 큰 도움이 될 것이다.

장별 주요 내용

왜 동물에게서 사람에게로 질병이 옮을까? _강문일 전남대학교 수의학과 교수
동물에게서 사람으로 옮겨가는 질병을 인수공통전염병이라고 한다. 이 전염병을 극복하려면 병원균을 옮기는 모기나 쥐와 같은 '매개체(vector)'를 이해하는 것이 중요하다. 신종 인플루엔자 바이러스가 때때로 치명적인 이유는 새로운 유형의 재조합 바이러스이기 때문이다. 변형 크로이츠펠트-야콥병(vCJD, 일명 인간광우병)의 발병은 광우병을 일으키는 변형 프리온과 상관성이 있기 때문에, 광우병은 인수공통전염병으로 간주된다.

청소년의 뇌는 어떻게 다를까? _김경진 서울대학교 생명과학부 교수
과연 청소년의 뇌는 안정할까? 기존의 학설은 출생 후 2~3년 사이에 성인의 거의 두 배 정도 신경세포 수가 늘어나고, 청소년기의 뇌는 어른의 뇌와 거의 유사하다고 여겨졌다. 그러나 이것은 사실이 아니다. 청소년기의 뇌에서는 유아기 때의 성장에 버금갈 만한 '제2의 회백질 성장'이 이루어진다. 청소년기의 뇌는 이 시기에 폭발적으로 성장하는 만큼, 불안정하면서도 무한한 가능성을 지니고 있다.

후성유전체 연구란 무엇인가? _김영준 연세대학교 생화학과 교수
신체적 특징이나 질병 등 유전적 요인으로 도저히 설명되지 않는 것들이 많이 있다. 암의 경우만 해도 유전적 요인뿐 아니라, 어떠한 음식을 먹느냐에 따라 더 크게 영향을 받는다는 연구 결과 드러났다. 유전정보가 같은데도 다른 결과가 나오는 것은 유전자 발현의 조절과 관련된다. 이렇게 환경이 유전자의 발현에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 관심을 기울이는 유전학의 하위학문을 후성유전학이라고 한다.

무엇이 정신질환을 일으키는가? _김은준 한국과학기술원 생명과학과 교수
시냅스 유전자를 망가뜨려서 시냅스 단백질을 망가지게 하면, 뇌 기능에 어떤 문제가 생길까? 특정 유전자들은 정신질환과 관련이 있다. 그래도 이들 유전자들을 생쥐에게서 없애면, 기억력이 떨어지는 생쥐, 행동이 산만한 생쥐, 사회성이 극도로 떨어지는 생쥐, 외모를 지나치게 가꾸는 생쥐, 알코올에 중독되기 쉬운 생쥐, 삶의 의욕이 상실된 생쥐를 만들어낼 수 있다.

염증은 암과 어떤 관계일까? _민도식 부산대학교 분자생물학과 교수
만성염증은 암 발생률을 증가시킨다. 특히 비만은 만성염증을 유도해 암 발생률을 증가시킨다. 연구 결과, 만성염증을 매개하는 단백질이 암을 매개하는 단백질이기도 하다는 사실이 밝혀졌다. 이 단백질의 기능을 억제시키는 약물을 주입하면 만성염증과 암 발생을 억제할 수 있다.

늙으면 모두 죽어야 하는가? _박상철 서울대학교 의과대학 노화고령사회연구소 소장
늙는다는 것은 돌이킬 수 없는 것일까? 젊은 세포와 늙은 세포를 놓고 자외선을 쏘아주고 화학물질을 처리하는 실험을 진행했다. 그랬더니 늙은 세포가 더 잘 버텼다. 이 실험은 기존의 통념을 뒤집는 새로운 관점을 제시했다. '늙는다는 것은 죽어가는 과정이 아니다'라는 관점이다. 또한 노화세포에 한두 가지 조작을 해보면 기능이 회복된다는 사실도 밝혀졌다. 말하자면 노화는 살아남으려고 하는 몸의 생존전략이라고 할 수 있다.

단백체학이란 무엇인가? _백융기 연세대학교 생화학과 특훈교수
게놈(유전체)은 세포 내 모든 유전자들의 집합이며, 단백체는 모든 단백질의 총합이다. 그리고 단백체를 체계적으로 분석하고 의미를 연구하는 학문을 단백체학이라고 한다. 선천성 유전질환을 제외하고 보통 사람들이 앓는 대부분(98%)의 질병은 단백질 고장으로 일어난다. 이런 단백체의 중요성으로 인해, 현재 인간게놈프로젝트에 이어 '인간단백체지도사업'이 세계인간프로테옴기구(HUPO)를 중심으로 이루어지고 있다.

예쁜꼬마선충은 노벨상과 어떤 관계가 있을까? _안주홍 한양대학교 생명과학과 교수
예쁜꼬마선충은 여러 과학자에게 노벨상을 안겨주었다. 시드니 브레너, 존 설스턴, 로버트 호르비츠, 앤드루 파이어, 크레이그 멜로, 마틴 챌피 등 6명의 과학자들이 바로 그들이다. 이들의 주목할 만한 예쁜꼬마선충 연구를 살펴보면, 돌연변이 연구, 세포 추적, 세포 자살, RNAi 현상, 녹색형광 단백질을 이용한 유전자 발현 추적 등 왜 이들의 연구가 과학사에 큰 족적을 남기는 연구였는지 이해할 수 있다.

왜 지구의 주인은 미생물인가? _오태광 한국생명공학연구원 원장
사람의 세포 수는 대략 50조 개이지만, 사람 뱃속에는 대략 200조 개의 미생물이 살고 있다. 과연 우리는 사람일까, 미생물일까? 미생물은 유전적 다양성과 기능적 다양성으로 인해, 인류에게 매우 유용한 경제적 가치를 제공하고 있다. 우라늄만 먹는 미생물, 핵 반사능에 강한 미생물, 전기를 만들 수 있는 미생물, 자석을 만들 수 있는 미생물 등 굉장히 다양한 종류가 있으며, 수많은 미생물들은 인류가 질병을 극복하는 데 핵심적인 역할을 하게 될 것이다.

신약은 어떻게 만들어질까? _유성은 충남대학교 신약전문대학원 원장
신약이 되려면 효능이 우수해야 하고, 안전해야 하며, 쉽게 투여할 수 있을 뿐 아니라 지속성을 지녀야 한다. 그래서 신약 개발이 효율적으로 이루어지려면 분자세포생물학, 약리학, 약동력학, 독성학 등 여러 기술들이 유기적이고 복합적으로 연결되어야 한다. 또 신약을 개발하는 과정에서 중요한 일 중의 하나는 약의 작용원리를 규명하는 것이다. 어떤 원리로 약효가 발휘되는지, 약물과 결합하는 단백질이 있는지, 유전자와 관련 있는지 등을 밝혀야 한다.

DNA는 과학수사에 어떻게 이용되는가? _이승환 대검찰청 DNA수사담당관실 실장
DNA 감식은 목격자가 없는 사건에 가장 많이 활용된다. DNA 감식 결과는, 사건 현장에서 발견된 DNA와 용의자의 DNA가 같다고 나올 경우, 이것이 우연하게 일치할 확률이 수천 억 분의 1 이하로 나올 만큼, 매우 신뢰할 수 있는 결과를 보여준다. 범죄자 DNA 데이터베이스(DB)를 구축한 나라에서는, 이 DB로 미제 사건의 범죄자를 붙잡았을 뿐 아니라, 억울하게 죄를 뒤집어쓴 사람을 풀어주고 있다.

나노바이오테크놀로지란 무엇인가? _정봉현 한국생명공학연구원 바이오융복합연구소 소장
나노바이오테크놀로지는 나노 크기의 아주 작은 것들은 움직였다 붙였다 하는 식으로 조정하고, 이것을 산업적으로 이용하고자 하는 기술이다. 대표적으로 나노메디신의 경우, 나노 기술과 의학 기술을 접목시켜 질병을 진단하고 치료하고 있다. 나노구조체를 혈액 속에 주입해서 질병을 진단하거나, 나노구조체를 암세포 등에 달라붙도록 함으로써 질병을 치료하는 식이다. 나노바이오센터, 나노분자영상, 나노생체소재, 나노생체분석, 나노약물전달시스템 등 응용 분야도 매우 다양하다.

초파리도 과연 파킨슨병을 앓는가? _정종경 서울대학교 생명과학부 교수
초파리의 유전자를 조작하면 파킨슨병에 걸리게 할 수 있다. 핑크1 유전자와 파킨 유전자를 없애면 쉽게 넘어지고, 한 번 넘어지면 못 일어나는데다 전혀 날지 못하는 모습을 보인다. 도파민 양도 많이 감소한다. 또 이들 유전자를 없애면 초파리의 근섬유가 엉망으로 파괴된다. 또 파킨슨병의 발생에는 미토콘드리아가 중요한 역할을 하는 것으로 드러났다. 현재 핑크1 유전자와 파킨 유전자가 잘못되면 도파민 신경세포와 근육에서 미토콘드리아가 망가지게 되고, 그로 인해 파킨슨병이 생긴다는 가설하에 연구가 진행 중이다.

식물 생명공학은 어떤 미래를 보여주는가? _최양도 서울대학교 농생명공학부 교수
식물 생명공학 기술은 유용유전자를 발굴해, 목적에 맞게 유전자를 재조합하고, 그 재조합 유전자를 식물 세포에 이식시키는 과정을 통해 이루어진다. 이런 생명공학 작물로는 제초제 저항성 콩, 벌레가 먹지 않는 옥수수, 배타 카로틴이 함유된 황금쌀 등이 있다. 앞으로의 미래에는 복합 병 저항성 작물, 카페인 없는 커피와 차, 니코틴 없는 담배, 모르핀 없는 양귀비, 청색목화, 일시 수확 커피, 조기 수확 오렌지, 식용 백신 등 굉장히 다양하게 나타날 수 있다.

왜 생물학인가? _최재천 이화여자대학교 에코과학부 석좌교수
분자 수준에서 생명을 이해한다고 해서 인간을 이해할 수는 없다. 부분을 합쳐 전체가 되는 것이 아니기 때문이다. 21세기 생물학은 물리, 화학, 생화학 등을 모두 묶어서 전체적으로 연구하는 '통합적 접근' 방식을 필요로 하고 있다. 이들 세부 학문들을 묶어주는 생물학은 다윈의 진화론이다. 최근 뇌과학은 이런 통합적 접근이 꼭 필요한 대표적인 종합 학문이다. 복합적인 문제를 풀기 위해서 모든 학문 분야의 능동적인 '통섭(統攝)'이 필요하다.

경암바이오 시리즈란?
경암바이오유스캠프 강연을 바탕으로 한 생물학 분야 과학도 서 시리즈. 한국분자ㆍ세포생물학회는 지난 2005년부터 생명과 학 연구를 소개하기 위해 청소년을 대상으로 경암바이오유스 캠프를 진행해왔으며, 이 캠프에는 지금까지 100여 명이 넘는 국내 저명 과학자와 5000명 이상의 학생들이 참여했다. 해마다 행사 규모가 커져, 2009년부터는 경암교육문화재단(이사장 송금조)이 적극 지원하고 있다. 경암바이오유스캠프는 수천 명의 신청자 가운데 1000여 명의 학생을 뽑아서 진행하고 있는, 생물학 분야에서 가장 인기 있고, 영향력 있는 청소년 대상 대중강연이다.

강연을 들은 학생들의 찬사!
"DNA 분석이 무슨 역할을 하며 어떤 원리로 작동하는지를 알게 되니 속이 후련해지고, 오래 묵었던 궁금증을 해소한 느낌이었다. 연구 성과를 쉽게 풀어 설명하는 강연 덕분에 생명과학이란 분야를 바라보는 내 시선도 많이 달라진 것 같다."
_박현우(5회 경암바이오유스캠프 참가자)

"생물학을 생명현상만이 아닌 다양한 시각에서 바라보게 했다는 점에서 나의 인생에 있어 터닝 포인트가 되었다고 해도 과언이 아니라고 생각한다. 각 분야 최고의 과학자에게서 강의를 들을 수 있는 것은 영광이었다."
_임재희(6회 경암바이오유스캠프 참가자)

"찜통 더위의 강한 햇볕보다 더 뜨거웠던 것은 캠프 참가자들과 교수님들의 열정이었다. 한 분야에 10~20년간 연구해왔고, 앞으로도 겸손하게 더 알아내고자 하는 교수님들의 탐 구 정신에 크게 감동을 받았으며, 연구원이라는 꿈에 대한 확신을 가질 수 있었던 뜻 깊 은 시간이었다."
_백세란(8회 경암바이오유스캠프 참가자)

머리말 더 깊고 폭넓은 생명과학의 세계로
_정헌택 한국분자ㆍ세포생물학회 회장

감사의 말 생명과학을 향한 꿈과 열정을 응원합니다
_송금조 경암교육문화재단 이사장

1부 질문은 길을 만든다
왜 동물에게서 사람에게로 질병이 옮을까? _강문일 전남대학교 수의학과 교수 12
청소년의 뇌는 어떻게 다를까? _김경진 서울대학교 생명과학부 교수 32
후성유전체 연구란 무엇인가? _김영준 연세대학교 생화학과 교수 52
무엇이 정신질환을 일으키는가? _김은준 한국과학기술원 생명과학과 교수 70
염증은 암과 어떤 관계일까? _민도식 부산대학교 분자생물학과 교수 86
늙으면 모두 죽어야 하는가? _박상철 서울대학교 의과대학 노화고령사회연구소 소장 102
단백체학이란 무엇인가? _백융기 연세대학교 생화학과 특훈교수 118
예쁜꼬마선충은 노벨상과 어떤 관계가 있을까? _안주홍 한양대학교 생명과학과 교수 132

2부 생명은 길을 찾는다
왜 지구의 주인은 미생물인가? _오태광 한국생명공학연구원 원장 150
신약은 어떻게 만들어질까? _유성은 충남대학교 신약전문대학원 원장 168
DNA는 과학수사에 어떻게 이용되는가? _이승환 대검찰청 DNA수사담당관실 실장 186
나노바이오테크놀로지란 무엇인가? _정봉현 한국생명공학연구원 바이오융복합연구소 소장 206
초파리도 과연 파킨슨병을 앓는가? _정종경 서울대학교 생명과학부 교수 218
식물 생명공학은 어떤 미래를 보여주는가? _최양도 서울대학교 농생명공학부 교수 238
왜 생물학인가? _최재천 이화여자대학교 에코과학부 석좌교수 258

강문일 저자 강문일은 전남대학교 수의학과 교수. 전남대학교에서 수의학을 전공했으며, 서울대학교에서 수의학으로 박사학위를 받았다. 농업진흥청 수의과학연구소 연구관을 거쳐, 현재 전남대학교 수의학과 교수로 재직 중이다. 영국 런던대학교 왕립수의과대학 박사 후 과정을 거쳤고, 호주 머독대학교, 미국 워싱턴주립대학교, 독일 기슨대학교, 칠레 아우스트랄대학교, 헝가리 쟌트이스트반대학교 등에서 객원(초빙)교수를 지냈다. 국립수의과학검역원장을 역임했고, 식약처 축산물위생심의위원회 위원장을 맡고 있다. 동물 질병에 대한 병리학적 진단과 여러 동물에 발견되는 로타바이러스의 병원성 및 발병 기작을 연구하는 중이다. 과학기술우수연구상(2002년) 등을 수상했으며, 역서(공역)로는 『수의병리학총론』 『수의병리학각론』 『임상수의병리학』 등이 있다.