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DNA 구조 발견 60주년 기념 《과학동아》 특별판!

질병부터 성격까지 왜 유전자 탓인지 생각해보는 『내 생명의 설계도 DNA』. 최재천, 김빛내리 교수를 비롯한 30여 명의 유명 전문가가 내용의 흐름을 정리하고, 과학동아 기자들이 맛깔나게 정리한 DNA 이야기를 담은 책이다. 유전과 DNA에 대한 연구의 발자취를 따라가 보고 인간게놈프로젝트를 통해 생명의 신비는 얼마나 밝혀졌고, 질병 치료가 어떻게 개인 맞춤형으로 진행될 수 있는지 살펴본다.

우리 생활 전반에 스며든 유전자에 대해 유용한 배경지식을 쌓을 수 있도록 구성한 이 책은 처음으로 DNA 이중나선 구조를 밝혀낸 과정부터 인간 DNA 서열을 알아내는 게놈 프로젝트, 개인 맞춤형 질병 치료 원리, DNA 컴퓨터 등 과학 정보와 함께 실제 사례까지 수록되어 있다. 전문가가 들려주는 폭넓은 시야와 디테일을 살린 이야기, 생각해볼 거리가 지루함을 덜어준다.

DNA 구조 발견 60주년, 결코 남의 이야기가 아니다!
내 몸을 결정하는 네 개의 알파벳이 가난을 결정한다면?

이제는 ‘유전자’라는 말은 일상적인 개념이 됐다. 드라마에서 ‘친자 확인’, ‘유전자 검사’는 단골 아이템이 되고, 인터넷에서도 연예인들의 출중한 외모을 빗댄 ‘우월한 유전자’라는 말이 심심치 않게 등장한다. 신문 혹은 방송사들은 새로운 유전자 연구의 성과를 알리며 난치병 환자에게 새로운 희망을 안겨줄 거라는 희망을 담아 보도하기도 한다.

2013년은 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 이중나선 구조를 발견한지 60주년이 되는 해이다. 이러한 사실은 과학자나 과학에 관심있는 사람이 아니면 잘 모르는 내용이다. 하지만 ‘게놈프로젝트’, ‘유전자’, ‘이중나선’ 등으로 대표하는 생명공학이 발달하고 우리 생활에 깊숙이 파고드는 상황에서 ‘이중나선 구조 발견 60주년 기념’이 과학자들만의 이벤트로 끝나는 것은 안타까운 일이다. 그래서 대중 과학을 지향해 온 ≪과학동아≫는 친숙하면서도 깊이 있는 ‘DNA 이야기’를 펴냈다. 중학교, 고등학교까지 유전자 하면 ‘멘델’만 기억하는 사람이라면, 이 책 하나로 충분히 왓슨과 크릭도 기억하게 될 것이고 우리 생활 전반에 스며든 ‘유전자’에 대해 유용한 배경지식을 쌓을 수 있을 것이다.

『내 생명의 설계도 DNA』는 집필에 참여한 구성원부터 남다르다. 최재천, 김빛내리 교수를 비롯하여 30여 명의 유명 전문가가 흐름을 설명하고, 과학동아 기자들이 맛깔나게 정리하였다. 과학동아의 장점인 뛰어난 인포그래픽뿐만 아니라 정보의 체계적인 도식화는 독자들이 책을 읽는 방향에도 큰 도움을 준다.

처음으로 DNA 이중나선 구조를 밝혀낸 과정부터, 인간 DNA 서열을 알아내는 게놈 프로젝트, 개인 맞춤형 질병 치료 원리 등 과학 정보와 더불어 실제 사례까지 덧붙였기 때문에 대중 과학서로 손색이 없다. 또한 전문가가 들려주는 폭넓은 시야와 디테일을 살린 이야기와 생각해볼 거리는 지루함을 덜어준다.

「과학동아 스페셜」이 디테일해졌다!
전문성과 깊이 있는 주제로 만나는 프리미움 과학!

세상을 보는 가장 정확한 안목을 제시하는 시리즈
물리, 화학, 생명 과학, 지구과학과 같은 전통적인 구분 방식에서 벗어나 큰 틀에서 과학의 의미와 가치, 역할을 배우는 시대가 왔다. 융합 과학은 21세기를 살아가는 사람들의 교양으로서 그리고 세계를 인식하는 주요한 관점으로서 과학을 새롭게 만날 수 있게 한다. 딱딱하고 지루한 원론적인 교육이 아니라 다양한 분야를 넘나들며 지식을 전달하는 《과학동아》와 같은 과학 잡지가 중요한 역할을 하게 되었다.
이렇게 변해가는 시대의 흐름에 맞춰 《과학동아》는 지난 27년 동안 실렸던 역대 기사를 주제별로 모으고 최신 정보에 맞게 업데이트해 「과학동아 스페셜」 시리즈를 엮었다. 기초적인 과학 지식부터 최신 연구 성과와 국내외의 흥미로운 과학 소식을 아우르는 정보를 풍부한 사진 및 일러스트와 함께 담았다. 「과학동아 스페셜」 시리즈는 과학에 관심이 많은 독자와 체계적인 정보와 기초를 배우려는 학생 모두에게 유용한 교양과학 서적이 될 것이다.

교양과 과학 상식을 새롭게 제안하는 시리즈
과학동아》는 1986년 1월 창간 이후 26년 동안, 과학계의 최신 뉴스와 연구 성과는 물론 국내의 과학 현장을 생생하게 전달하며 국내 최고의 과학잡지로 자리매김했다. 그간의 성과물을 바탕으로 새롭게 엮은 「과학동아 스페셜」은 융합형 과학과 대중성에 가장 초점을 두었다. 이러한 기획 의도는 KBS 도전 골든벨, my MBC(DMB) 등 전파를 타면서 진가를 인정받았다.
「과학동아 스페셜」 시리즈는 이공계 출신의 과학전문기자와 현직 과학자로 구성된 필진이 기초 과학을 알기 쉽게 전달해 준다. 또한 독자의 이해를 돕기 위해 고품질의 사진과 정교한 일러스트도 풍부하게 담고 있기 때문에 누구나 쉽게 읽을 수 있어 청소년 및 일반 성인들에게 권장 도서로 인정받고 있다.

질병, 성격, 지능 이 모든 것은 DNA에 숨어 있는 유전자 탓일까?
「과학동아 스페셜」의 새로운 버전으로 등장한 『내 생명의 설계도 DNA』는 2013년 과학 이슈인 DNA 구조 발견 60주년을 기념하여 출간됐다. 생명공학의 발전 과정을 역사 속에서 살펴보고 인간게놈프로젝트, DNA로 살펴보는 생명 현상을 심도있게 다루며, 실생활에 어떻게 활용되는지 보여줌으로써 읽는 재미를 살렸다. 6장에서 소개되는 ‘유전자, 내 인생을 얼마나 좌우하나’는 독자에게 가장 흥미로운 내용이 될 것이다.

● 이 책의 줄거리

유전자 시대, 삶을 살아가는 노하우를 들려준다
나의 생김새부터 개인 맞춤형 질병 치료까지 심층적 해설

지금으로부터 60년 전인 1953년 4월 25일 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 세계적 과학전문지 《네이처》에 ‘핵산의 분자 구조 : 디옥시리보핵산(DNA)의 구조’라는 논문을 발표했다. 논문에는 두 사람이 DNA라는 생체 분자가 이중나선 구조를 하고 있음을 발견했다는 내용이 담겨 있었는데, 이 발견은 20세기 과학의 최대 업적 중 하나로 평가받고 있다.
DNA 구조 발견을 계기로 DNA, 리보핵산(RNA), 단백질을 연결하는 생명 현상에 깔려 있는 핵심 원리가 밝혀졌고, 이후 생명 현상을 분자 수준에서 이해하고 응용하려는 분자생물학을 비롯한 수많은 분야의 연구를 촉발시켰다. 그리고 무엇보다 DNA와 유전자를 바탕으로 질병을 바라볼 수 있게 돼 우리의 삶을 근본적으로 바꿔 놓았다.
이번에 출간된 단행본 『내 생명의 설계도 DNA』은 DNA를 중심으로 생명 현상의 신비, 최신 분자생물학의 정수, 인간 질병의 메커니즘을 이해할 수 있는 지침서가 될 것이다. 이 책은 △유전과 DNA의 역사, △인간게놈프로젝트, △DNA로 보는 생명의 세계, △질병 치료, 개인 맞춤시대, △인공 DNA에서 DNA 컴퓨터까지, △유전자, 내 인생을 얼마나 좌우하나라는 총 6가지 테마로 DNA의 모든 것을 망라했다.
멘델이 완두콩 실험을 통해 유전법칙을 발견함으로써 유전을 과학적으로 설명하게 됐고 왓슨과 크릭이 유전에 관여하는 물질인 DNA의 구체적 구조를 밝혀내 생명 현상을 분자 수준에서 이해하는 토대가 마련됐다. 특히 생명의 설계도라 할 수 있는 DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 전달된다는 ‘분자생물학의 중심원리(central dogma)’가 밝혀졌다.
이후 전 세계 생명공학자들은 인간의 유전정보를 담고 있는 게놈의 30억 염기쌍을 해독하기 위한 인간게놈프로젝트를 추진하고 2003년 이를 완료했다. 이로써 한 사람의 게놈을 해독할 수 있는 기술을 확보했고, 아울러 해독 비용도 획기적으로 낮추었다. 머지않아 USB 메모리에 자신의 게놈 데이터를 갖고 다니며 병원이나 약국에서 ‘맞춤형 처방’을 받을 날이 올 것으로 예측된다. 또 DNA칩으로 암을 비롯한 각종 질병을 손쉽게 진단하게 될 것이다.
현재 과학자들은 생체 분자인 DNA를 다양한 분야에 응용하고 있다. DNA로 친자나 가족을 확인하거나 범인을 색출하는 데 이용하는 것은 물론이고, 감염병을 진단할 수 있는 ‘DNA 바코드’, 차세대 컴퓨터로 떠오르는 ‘DNA 컴퓨터’ 등을 개발하며, 시험관에서 인공 DNA를 창조하기도 한다.
이 책의 최종 관심은 DNA를 통해 인체의 생명 현상을 깊이 있게 이해할 수 있도록 도우며, 유전자를 통해 자신의 생명을 바라보게 하며, 나아가 자신의 삶을 어떻게 설계하고 살아갈 수 있는지 그 노하우를 알려주는 것이다. DNA에 숨어 있는 유전자는 암을 비롯한 각종 질병이 발병할지, 발병한다면 어떻게 진행될지를 알려줄 뿐 아니라 사람의 성격과 지능에도 상당한 영향을 미치기 때문이다. 사람의 인생을 좌우하는 큰 축인 유전자에 대해 이해하고 이를 바탕으로 삶을 살아가야 하는 것이다.
나의 생김새는 왜 이럴까? 어떤 유전자가 특정 질병에 관여하는가? 질병 치료가 어떻게 개인 맞춤형으로 진행될 수 있을까? 이와 같이 독자를 둘러싼 질문에 명쾌한 해답을 만날 수 있다.

● 이 책에 대한 추천사
흔히들 사람 성격이나 질병의 차이가 유전자나 DNA 탓이라고 말하지만 정작 이것이 무슨 뜻인지 잘 모른다. 이 책은 DNA에 대해 거의 모든 것을 다뤘다. 왓슨과 크릭이 이중나선 구조를 발견한 사건부터 맞춤의학을 꿈꾸는 최신 연구까지. “너 자신을 알라”가 새로운 화두로 떠오르고 있는 21세기 ‘게놈 1000불 시대’에 삶을 살아갈 노하우를 알고 싶은 사람 모두에게 필독 도서로 권한다.
- 서정선 서울대 의대 교수(생화학)ㆍ유전체의학연구소장

나는 왓슨과 크릭이 DNA가 이중나선의 구조로 되어 있다는 걸 밝혀낸 1953년 겨울에 태어났다. 그리곤 평생 DNA의 진화를 연구하는 학자가 되었다. 이제 그 위대한 발견이 회갑을 맞았다. 자연계에서 유일하게 자신의 생명을 설계하는 화학물질의 정체를 알아버린 인간의 삶은 근본적으로 달라졌다. 이 책에는 그 격동의 60년 역사가 파노라마처럼 펼쳐져 있다.
- 최재천 이화여대 석좌교수(행동생태학)

파트1 유전과 DNA의 역사

유전법칙과 DNA의 발견
DNA는 이중나선!
노벨상으로 보는 DNA
≪생각할 거리≫ DNA 이중나선 발견의 숨은 공로자 로잘린드 프랭클린

파트2 인간게놈프로젝트

30억 염기쌍을 해독하다
밝혀진 생명의 신비 8가지
이제는 포트스게놈 시대
≪생각할 거리≫ 인간게놈프로젝트가 던진 법적 쟁점

파트3 DNA로 보는 생명의 세계

그림으로 보는 DNA 이야기
원시지구에서 RNA와 DNA의 대결
RNA에 주목하다
생명현상의 키워드 단백질
DNA의 분자생물학 뛰어넘는 통합생물학
≪생각할 거리≫ 정크 DNA는 ‘어둠 속의 댄서’

파트4 질병 치료, 개인 맞춤 시대

밝혀지는 암 유전자, 그리고 DNA칩
맞춤의학 실현하는 SNP 분석
개인게놈 시대 미리 맛보기
유전자 조절 비밀 간직한 메틸레이션
≪생각할 거리≫ 미래형 신분증 DNA칩

파트5 인공 DNA에서 DNA 컴퓨터까지

시험관에서 DNA 진화시킨다
미생물이 DNA 바코드 만날 때
DNA로 가족 찾는 법
DNA로 생체 나노소자 만든다
‘자연산 슈퍼컴’ DNA 컴퓨터
≪생각할 거리≫ 생명공학기술과 정보기슬의 만남 생물정보학

파트6 유전자, 내 인생을 얼마나 좌우하나

성격 형성에 관여하는 유전자
지능, 유전의 영향 나이 들수록 막강
정신질환, 예측하면 막을 수 있어
유전자 검사로 암 예방하는 시대
≪생각할 거리≫ 가난이 유전자에 각인된다?

1953년 4월 25일 세계적 과학전문지 《네이처》에는 ‘핵산의 분자 구조 : 디옥시리보핵산(DNA)의 구조’라는 논문이 발표됐다. 논문의 저자는 당시 젊은 과학자 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이었다. 이 논문은 겨우 900 단어 분량으로 2페이지를 채운 아주 짧은 논문이었지만, 과학사에 새로운 이정표를 세웠다.
논문에는 왓슨과 크릭 두 사람이 DNA라는 생체 분자가 이중나선 구조를 하고 있음을 발견했다는 내용이 실려 있었다. 이 발견은 20세기 과학의 최대 업적 중 하나로 평가받고 있다. 이로써 생명 현상에 깔려 있는 핵심 원리가 밝혀졌고 이후 분자생물학을 비롯한 수많은 분야의 연구를 촉발시켰으며 우리의 삶을 근본적으로 바꿔 놓았다.
- ≪파트1 유전과 DNA의 역사 - DNA는 이중나선!≫ 중에서

인간게놈의 염기서열 30억 쌍이 담겨 있는 청사진인 인간게놈지도가 완성된 사건은 인간이라는 생명의 유전정보가 담긴 한 권의 책을 편찬한 것에 비유될 수 있다. 이 책에는 생명의 신비에 대해 어떤 내용이 담겨 있을까?
인간의 생로병사가 어떻게 결정되는지를 파악하기 위해서는 아직까지 더 연구돼야 할 부분이 많지만, 인간게놈프로젝트를 통해 생명의 신비 일부가 베일을 벗었다. 흥미롭게도 인간의 유전자 수가 생각보다 많지 않으며, 남성 유전자가 여성보다 돌연변이가 많고, 사람이 세균으로부터 유전물질을 전달받았다는 사실이 드러났다.
- ≪파트2 인간게놈프로젝트 - 밝혀진 생명의 신비 8가지≫ 중에서

단백질은 기본적으로 20가지의 아미노산이 사슬처럼 연결돼 형성된다. 이때 어떤 아미노산이 어떻게 연결되느냐에 따라 다른 단백질 분자가 생긴다. 그렇다면 사람의 몸속에는 몇 종류의 단백질이 있을까. 인체를 구성하는 수조 개의 세포 구성은 물론 생명현상을 주관하는 각종 화학반응이 단백질로 인해 이뤄진다. 따라서 인체 내 단백질의 수는 무궁무진할 것으로 예상된다.
하지만 단백질의 정확한 개수는 지금까지 밝혀지지 않고 있다. 인간게놈프로젝트 결과에 따르면, 사람의 유전자(단백질 합성의 정보를 간직한 DNA 부위)는 2만여 개라고 밝혀졌다. 유전자에서 최소 1개 이상의 단백질이 만들어지므로 인체 내 단백질은 최소 2만 개는 될 것이라는 추측할 수 있다. 더 나아가 인체 내 단백질의 수는 RNA 짜깁기(splicing)와 단백질 가수분해 때문에 5만~50만 개로 늘어날 것이고, 번역 이후의 변형이 고려된다면 200만 개까지 추정될 수 있다.
- ≪파트3 DNA로 보는 생명의 세계 - 생명현상의 키워드 단백질≫ 중에서

포스트게놈시대를 맞이해 게놈프로젝트의 연구결과를 의학이나 신약개발에 활용하는 일에 초점이 모아지고 있다. 이를 위해서는 무엇보다 생물체의 기능을 정확히 파악해야 하는데, 그 핵심은 단백질을 만드는 유전자의 기능과 조절 메커니즘을 밝히는 일이다.
유전자와 단백질 사이의 상호관계에 관한 연구는 지난 수십 년 동안 유전학(genetics)을 바탕으로 진행돼 왔다. 즉 어버이로부터 자손에게 전해지는 유전정보는 DNA라는 언어로 쓰여 있으며, DNA 염기서열의 변화와 재조합에 의해 형질의 변화가 발생한다는 관점이다.
그러나 DNA 염기서열에 변화가 전혀 발생하지 않으면서도 유전자 기능에 변화가 나타나고, 이 변화가 어버이로부터 자손에게 전해진다. 이 사실이 알려지면서 유전현상의 이해에 대한 근본적인 변화가 일어나고 있다. DNA 염기서열의 변화 없이 유전자 발현이나 기능의 변화가 어떻게 발생하는지, 그리고 그 변화가 어떻게 자손에게 전해지는지 밝히는 ‘후성학(後成學, epigenetics, 또는 후성유전학이라고도 한다)’의 등장이다.
- ≪파트4 질병 치료, 개인 맞춤 시대 - 유전자 조절 비밀 간직한 메틸레이션≫ 중에서

‘컴퓨터’ 하면 우리는 대부분 키보드와 모니터, 그리고 본체라고 불리는 네모난 상자를 떠올린다. 또 롬(ROM), 램(RAM), 기가바이트, 메가헤르츠 같은 용어도 떠올려야 한다. 우리는 이미 실리콘 소재로 만든 마이크로칩 기반의 컴퓨터에 익숙해져 있는 것이다. 하지만 컴퓨터가 꼭 그래야 할 필요가 있을까.
지금까지 컴퓨터 발전의 역사는 ‘더 빠르게, 더 작게’라는 구호 아래 숨 가쁘게 달려왔다. 하지만 기존의 마이크로칩은 결국 속도와 크기 경쟁에서 곧 한계에 도달할 것이다. 지금도 세계 유수의 반도체칩 연구원은 컴퓨터의 속도를 더욱 향상시킬 새로운 물질을 간절히 찾고 있다.
마이크로프로세서의 차세대 선두 주자로 가장 각광받고 있는 재료는 바로 DNA다. DNA는 우리 몸속의 유전자를 이루고 있는 나선 형태의 긴 고분자물질이다. 그런데 이 DNA 분자가 슈퍼컴퓨터보다 더 빠른 계산 능력이 있음을 밝혀졌다. 이 내용은 1994년 11월 과학저널《사이언스》에 ‘분자컴퓨팅을 이용한 조합문제 해결’이란 논문으로 발표됐다. 논문의 결론에 따르면 현재 인간을 포함한 우리 주위의 생명체에는 수백억 개에 달하는 ‘자연산 슈퍼컴퓨터’가 존재하는 셈이다.
- ≪파트5 인공 DNA에서 DNA 컴퓨터까지 - ‘자연산 슈퍼컴’ DNA 컴퓨터≫ 중에서

지능이 유전되는가 하는 문제는 현대과학이 나타나기 이전부터 여러 세기 동안 학자들의 호기심을 끊임없이 자극해 왔다. 찰스 다윈의 사촌으로 영국의 유전학자이자 우생학(優生學, eugenics)의 창시자인 프란시스 골턴은 그 해답을 찾고자 유명한 학자, 재판관, 저자, 음악가, 정치가, 종교지도자의 가계를 조사했다. 그 결과 저명한 인물의 아들 가운데 저명인사가 된 비율이 48%, 손자 가운데 저명인사가 된 비율은 14%, 증손자 가운데 저명인사가 된 비율은 3%임을 발견했다.
한 사람의 유전자는 자식에게는 1/2(50%), 손자에게는 1/4(25%), 증손자에게는 1/8(12.5%)이 전달된다. 따라서 골턴의 발견은 저명인사와 유전자를 공유하는 비율과 후손이 저명인사가 될 확률이 대체로 비례한다고 해석될 수 있다. 그러나 20세기 초 유럽과 미국에서 자행된 우생학 남용은 지능의 유전성을 진지하게 연구하는 데 한동안 큰 장애가 됐다. 독일의 나치가 시행했던 극단적인 우생정책은 인권을 침해했던 대표적인 사례라고 할 수 있다.
- ≪파트6 유전자, 내 인생을 얼마나 좌우하나 - 지능, 유전의 영향 나이 들수록 막강≫ 중에서