미르이야기를 시작하며, 20세기의 생물학은 DNA 독재의 시대였다. DNA와 관련된 모든 일들이 언론의 주목을 받았고 왓슨과 크릭의 이름은 물리학의 아인슈타인과 같은 지위를 얻었다. 이중나선 구조의 발견, 휴먼게놈프로젝트, 유전자조작식품과 복제인간에 이르기까지 생물학 연구의 주요 사건들은 대부분 DNA라는 물질과 관련되어 있었다. 물론 DNA를 언급하지 않고 분자생물학을 논할 수는 없다. 지구상에 생존하는 모든 생물 종의 유전물질이 DNA로 이루어져 있기 때문이다. 하지만 DNA는 유전정보를 저장하는 일 이외의 그 어떤 기능도 가지고 있지 않다. DNA는 단백질의 도움이 없으면 스스로를 복제할 수도, 스스로의 정보를 표현할 수도 없다. 이는 컴퓨터 하드드라이브가 수천 테라바이트의 용량을 자랑할지라도, CPU와 RAM, 소프트웨어가 없다면 무용지물인 것과 같다. 다시 한번 강조하자면 DNA는 정보를 저장하는 일 이외의 그 어떤 일도 하지 않는다, 아니 할 수 없다. 그것은 DNA라는 핵산의 한 종류가 긴 진화의 과정 동안 ‘정보의 안전한 저장과 효율적인 전달’이라는 목표만을 위해 특화된 존재이기 때문이다. 알을 낳는 고귀한 일에 전념한다는 이유로 수만 마리의 일개미로부터 보살핌을 받는 여왕개미처럼, DNA는 수많은 단백질들의 보살핌 속에 그 정보를 유지하고 전달한다. 정보의 저장과 전달이라는 이 고귀한 지위를, 그 기능만으로도 여왕이 되어 편하게 놀고 먹을 수 있는 이 고귀한 지위를 DNA에 넘겨주고 때로는 단백질의 기능을, 때로는 DNA의 기능을 대신하는 존재가 있다. DNA와 비슷하지만 그 구조와 구성성분이 조금 다른 이 핵산의 한 종류를 우리는 RNA라고 부른다. 나는 지금부터 DNA에 ‘정보의 독점’이라는 왕권을 내어주고 생명을 유지하기 위해 모든 굳은 일을 도맡아 해온 RNA에 대한 이야기를 하려고 한다. RNA는 단순히 DNA의 명령을 수행하는 수동적인 존재가 아니다. 생명의 시작은 RNA였을 가능성이 크다. 휴먼게놈프로젝트가 끝나고 과학자들이 알아차린 것은 DNA에서 단백질로 이어지는 단순한 경로로는 생명의 복잡성을 설명하기 힘들다는 점이었다. 그 간격을 RNA가 채워주고 있다. 이제 RNA는 단순한 정보전달자의 개념을 넘어 유전자의 개념을 변화시키고 있다. 생명현상을 조절하는 RNA의 기능이 계속해서 발견되고 있으며 미르(miR, microRNA)도 그러한 RNA중 하나이다. 미르의 발견에는 한국인 과학자들의 기여도 포함되어 있다. 대한민국이 복제라는 과장광고에 들떠 있을 때 묵묵히 RNA를 연구했던 한국 과학자들은 이미 세계의 정상에 우뚝 서 있었다. 우리는 그 동안 DNA라는 화려한 독재자의 위엄 때문에 생명현상을 조절하고 통제하는 RNA의 중요성을 보지 못했다. 50여 년이 지난 이제서야 친일의 역사가 드러나고, 역사의 진실이 언젠가는 반드시 세상에 밝혀지듯이, 이제 우리는 말할 수 있다. RNA가 잃어버린 영광의 시대가 다시 오고 있다.

▲ 김우재 포스텍 박사후 연구원

미르(miR) 이야기 DNA는 DeoxyriboNucleic Acid라는 화학식의 줄임 말이다. 하지만 지난 세기 생물학을 지배한 DNA의 지위를 고려한다면 이를 Dictator of Nucleic Acids(핵산의 독재자)라 바꾸어 불러도 무방할 것이다.

왓슨과 크릭이 DNA를 발견했다는 것은 우리가 흔히 범하기 쉬운 착각이다. 왓슨과 크릭은 DNA가 이중나선 구조로 돼 있으며 이러한 구조가 유전정보를 저장할 수 있는 구조일 가능성이 크다는 것을 발견했을 뿐이다. 핵산이라는 물질의 발견은 1868년으로 거슬러 올라간다.

치즈와 핵산

핵산은 1868년 치즈로 유명한 스위스에서 발견됐다. 당시의 스위스는 과학 강국이었다. 파라셀수스(Paracelsus)로부터 내려오던 전통은 식물학의 아버지라 불리는 할러(Haller)에게 전해져 이미 생물학과 의학의 연구가 활발했고, 루이스 아가시(Louis Agassiz)에 의한 지리학의 전통도 풍부했다. 이미 17세기에 베르누이와 같은 수학자가 우뚝 서 있었으며 스위스의 취리히 공대는 아인슈타인이 졸업한 것으로도 유명한 곳이었다.

1868년의 요한 프리드리히 미셰르(Johann Friedrich Miescher)는 스위스의 의사이자 생리학자였다. 미셰르가 관심을 가졌던 것은 핵(nucleus)라는 세포의 기관이었다. 미셰르는 병원에서 쉽게 얻을 수 있는 버린 붕대들에서 고름을 짜내 얻은 백혈구로부터 핵을 추출하고 이로부터 산성물질을 얻어 이를 뉴클레인(nuclein)이라고 명명했다. -in이라는 이름은 생물학자들이 단백질을 명명할 때 주로 사용하는 접미사다. 단백질 분해효소인 펩신을 처리한 후에 뉴클레인을 분리해냈음에도 불구하고 그는 핵산이 단백질일 가능성을 배제하지 않았던 것으로 보인다.

현재 우리는 세포의 핵 속에 염색체가 들어 있고, 그 염색체가 DNA라는 중요한 유전물질을 함유하고 있다는 것을 잘 알고 있다. 하지만 핵이라는 세포 내 기관이 생명의 핵심적인 기능을 담당하고 있을 것이라는 추측은 1870년 경이 돼서야 조금씩 싹트기 시작한다. 당연히 핵 속에 존재하는 핵산이라는 물질도 과학자들에게 그다지 관심거리가 되지 못했다.

당시 생리화학자들에게 최고의 물질은 단백질이었다. 단백질이 생명현상의 핵심이었다. 이는 당대의 생리화학자들이 현명하지 못했기 때문이 아니다. 과학자들은 신이 아니다. 그들은 주어진 제약 안에서 최선의 선택을 한다. 당시 생리화학자들에게 주어진 실험결과들은 유전물질이 만약 존재한다면 그것은 단백질일 것이라는 추측을 가능하게 했다.

사실 19세기 초까지도 유전을 가능하게 하는 한 종류의 물질이 존재하리라는 가설은 망상에 가까웠다. 생김새로부터 성격에 이르는 다양한 형질들이 단 한 종류의 물질 속에 담겨 유전되리라는 기대는 당시 가장 강력한 물질주의자였던 베이트슨(William Bateson)에게 조차 인정받지 못하는 가설에 불과했다.

원숭이까지 복제해 내는 지금도 그렇지만, 과학자들은 천성적으로 무모하다. 당시에도 단 한 종류의 유전물질이 존재할 것이라는 확신으로 연구를 하던 과학자들이 있었다. 아마도 그 단순한 설명력이 과학자들을 매료시키는 가치일 것이다. 단백질, 지질, 탄수화물 모두의 상호작용으로 유전이 결정된다면 과학자들은 연구의 가치를 느끼지 못했을 것이다. 복잡한 것은 예나 지금이나 연구하기 어렵고 사람을 좌절하게 한다. 생물학이 물리학에 비해 늦게 발전했던 것도 다루는 시스템이 꽤나 복잡하기 때문이었다면 이해가 갈까?

유전물질의 때이른 발견

다시 유전물질에 대한 이야기로 돌아와서 만약 부모로부터 자식에게로 전해지는 유전물질이 존재한다면 그 물질은 첫째 안정성을 지녀야 하고, 둘째 다양성을 지녀야 한다는 점에 대부분의 당시 과학자들이 동의했다. 핵산이 분리되기 이전에 이미 탄수화물과 지질, 단백질이 생화학자들에 의해 분리됐지만, 지질과 탄수화물은 유전물질 이라기엔 지나치게 단순한 고분자화합물이었다. 안정성과 다양성에서 그 어떤 물질도 단백질을 따라 올 수는 없었다.

저 유명한 물리학자 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger)조차 “생명이란 무엇인가”라는 강의에서 유전물질의 가장 강력한 후보로 단백질을 거론하고 있지 않았는가? 겨우 네 가지 염기의 단순 배열로 이루어진 핵산은 유전물질의 후보로 거론되기엔 너무나 단순해 보였다. 게다가 미셰르가 분리해낸 핵산은 지나치게 불안정했다.

물론 순수한 DNA는 매우 안정적인 물질이다. 하지만 미셰르가 추출해 낸 것은 순수한 핵산이 아닌 핵산-단백질 복합체였고, 당시엔 세포 안에 DNA를 절단하는 엔도뉴클레이즈와 같은 단백질이 존재한다는 것을 알 수 없었다. 그럼에도 불구하고 미셰르는 개인적으로 자신이 분리해 낸 핵산이 유전물질일 가능성이 있다고 믿었다. 하지만 충분한 증거가 없는 한 과학자의 개인적인 믿음은 객관적인 과학의 증거로 봉사하지 못한다. 미셰르에겐 소중했던 핵산이 대다수의 과학자들에겐 그저 또 다른 세포 내 물질, 어찌 보면 귀찮은 물질일 뿐이었다.

핵산이 유전물질일 가능성이 생화학자들에 무시되던 시기에, 발생학자들과 세포학자들은 이미 세포핵의 분열을 현미경으로 관찰하고 있었다. 현재는 세포분열이라는 현상으로 잘 알려져 있는 염색체의 분열과 융합이 이미 1910년에서 30년경에 확립돼 있었다. 하지만 세포가 분열할 때 염색체가 보여주는 불안정한 구조는 아이러니하게도 염색체가 유전물질일 가능성을 배제하게 만들었다.

세포핵 속에 핵산이 가장 많이 들어 있는 것은 사실이지만, 그 속에는 단백질도 풍부하게 존재한다. 여전히 유전물질의 가능성은 단백질 쪽으로 치우쳐져 있었다. 1940년경에는 핵산이 유전물질일 가능성이 산발적으로 제기됐지만 증거는 산재돼 있었고, 단백질의 권위는 매우 굳건했다. 핵산이 유전물질일 가능성은 에이버리(Avery)에 의해 1944년 처음으로 조심스럽게 제기됐다. 불행히도 매우 조심스러웠던 이 노과학자의 실험결과는 1952년이 돼서야 허시와 체이스의 방사성 동위원소 실험에 의해 확증된다.

또 한 사람을 빼놓을 수 없다. 왓슨과 크릭이 DNA라는 유행에 덜 떨어진 물질을 연구하게 된 계기를 제공해 준 과학자가 있다. 오스트리아 출신의 생화학자 샤가프(Erwin Chargaff)는 에이버리의 실험에 관심을 가지고 결국 핵산의 염기 비율이 각 종마다 다르며, 퓨린과 피리미딘이라는 핵산의 두 종류 염기가 일정한 비율로 유지된다는 법칙을 발견했다. 샤가프의 법칙으로 불리는 이 일정성분비의 법칙은 결국 왓슨과 크릭의 이중나선 구조 해결에 결정적인 영향을 미치게 된다. 샤가프의 실험결과로부터 명백해 진 것은 DNA도 단백질처럼 복잡하고 흥미로운 물질이라는 점이었다.

영웅의 뒤에서

왓슨과 크릭이 DNA의 구조를 연구하게 된 배경에는 이처럼 많은 과학자들의 집념이 서려 있다. 샤가프가 회고하듯이, 왓슨과 크릭의 발표가 있기 전까지 핵산에 관한 연구는 생물학의 중심축이 아니었다. 미셰르가 핵산을 분리한 것이 1868년이었고, 핵산이 유전물질일 가능성은 1953년이 돼서야 과학자 사회에 받아들여지기 시작한다.

이 기나긴 85년의 세월에서 우리가 기억하는 과학자가 왓슨과 크릭 뿐이라면 그것은 무엇인가 잘못된 것이다. 이는 손보다는 머리를 사용했던 내과의들이 외과의들보다 더욱 우수하다고 평가되던 근대 이전의 의학이나, 실험물리학자들의 이름은 하나도 기억하지 못하면서 아인슈타인이나 스티븐 호킹과 같은 이론물리학자들의 이름만을 부각시키는 물리학의 경우와 같다.

과학사가들은 과학에서 실제로 중요한 도구의 발전이나 물질의 발견과 같은 사건보다 이론적 혁명에 집중하는 경향이 있다(나는 과학사를 공부하고 싶어하는 이들이 토마스 쿤의 “과학 혁명의 구조”보다는 윌리엄 콜맨의 “19세기의 생물학”이나 에듀어드 파버의 “화학의 진화”를 먼저 읽어보기를 간곡히 부탁한다). 하지만 과학사를 제대로 바라본다면 도구의 발전이 이론의 발전에 선행했다는 점은 너무나 자명하다.

방사성 동위원소를 사용해 DNA가 유전물질임을 확증해낸 알프레드 허쉬(Alfred Hershey)는 이렇게 말했다. “아이디어는 오고 간다. 하지만 방법은 지속된다.” 과학적 사실은 세월이 지난 후에도 누구에게나 재현돼야 한다. 이론은 항상 변하지만 실험적 방법론은 영원하다. 허쉬의 말은 지금까지 무시돼 온 미셰르와 같은 과학자에 대한 재조명을 요구한다.

과학에 있어 이론은 실험에 우월한 것이 아니다. 화이트 칼라가 블루 칼라보다 우월하지 않듯이, 그들은 그저 다를 뿐이다. 지금까지 과학사는 손보다는 머리를, 실험보다는 이론을 위주로 기술돼 왔다. 그 과정에서 미셰르나 에이버리보다는 왓슨과 크릭이, 아서 에딩턴이나 로버트 파운드보다는 아인슈타인이 과학자의 전형으로 세워졌다.

만일 과학사가 이처럼 왜곡돼 기술돼 왔다면 이는 과학자에 대한 이야기만이 아닐 것이다. DNA구조의 발견에 관한 책은 숱하게 출판돼 있지만, RNA가 어떻게 연구돼 왔는지에 대한 책은 존재하지 않는다. 무엇인가 잘못돼 있다. 과학사에서 미셰르를 비롯한 실험과학자들의 노력에 대한 재조명이 필요하듯, 지금까지 무시돼 온 RNA에 대한 이야기도 필요할 것이다. 이제 역사의 진실을 조금 벗겨내어 보도록 하자.