DNA의 재발견

그리피스 교수, 에이비 교수, 허시 체이스 교수에 의한 실험에서 유전물질이 DNA라고 불리는 핵산임이 거의 밝혀졌다. 신원이 밝혀졌으므로, 타겟에 관련된 상세한 정보를 입수할 때다. "지적 호기심에 굶주린 과학자들은 탐욕스러우며, 하나를 배우고 난 다음 단계에 대해 더 알고 싶어 하는 DNA는 세포핵 화학 물질이기 때문에 특정한 분자 구조를 가지고 있을지도 모릅니다. DNA등의 고분자 화합물의 구조를 「보기」가 가장 간단하고 확실한 방법이다. 소안이나 현미경으로 간단하게 볼 수 있으면 좋겠지만, 인간의 눈이나 광학현미경의 성능은 별로 좋지 않습니다만, 「보기」의 의미를 관철하면, 좋은 힌트를 얻는 것이, 물체는 광자를 검출합니다. 광자는 최종적으로 물체에서 튕겨져 나옵니다. 20세기 초엽에 과학자들이 이 목적에 적합한 전자파를 손에 넣었습니다. X선은 자외선보다 파장이 짧고 감마선보다 파장이 긴 전자파이다. X선의 물리학을 모르는 사람조차, X선이 무엇인가를 「본다」는 것에 매우 큰 이점이 있는 것을 알고 있는 의사가 X선을 사용해 몸 속을 보니, 물리학자는 X선을 사용해 몸 속을 보게 되었다. 독일의 막스 폰 라우에 씨가 결정중인 X선의 회절을 관측한 후, 윌리엄 헨리 브래그 씨와 아들 윌리엄 로렌스 브래그 씨는 X선이 결정의 구조를 결정하는 데 사용될 수 있음을 보였다. 측정에 의한 X선의 회절은 결정을 수행하는 그리드에서 각 X선이 튀어나올 때 통과하는 경로의 차이에 의해 최종적으로 간섭을 일으키는 현상입니다. 이것은 기본적으로 고전적인 빛의 2 공간 실험과 같은 원리입니다. 격자간의 갭이 X선이라 불리는 전자파의 파장과 비슷한 경우입니다. 로렌스 브래그는 X선의 경로차에 따른 간섭 조건을 사용하여 반사 X선이 인접한 격자에서 서로 솎아내지 않고 강화되는 조건을 발견했습니다. 이것은 브래그의 법칙이라고 불리고 있습니다. 노벨상 위원회가 승인받은 공식적인 이유는 X선에 의한 결정 구조의 해석에 공헌했기 때문이었다."

이는 X선 결정학의 새 시대를 열었다. 내 아들은 당시 25세였습니다 노벨 과학상을 받은 최연소 나이다. 경우에 따라서는 부녀가 노벨상을 수상한 적이 있다. 의사나 물리학자들은 NaCl이나 다이아몬드 등의 결정의 X선을 즐기고 있었지만, 생물학에 흥미가 있는 사람들은 X선을 사용해 단백질과 같은 큰 분자의 구조를 해명하려고 했다. 영국의 윌리엄 애스트베리는 1930년대까지 엑스선 회절을 이용한 최고의 단백질 사진을 아스토베리의 손으로 직접 찍었습니다. 그러나 이것을 분자구조를 동정하기 위해서 사용하는 것은 다릅니다. 미국의 라이너스 폴링은 여기에 지대한 공헌을 했다. 폴링은 20세기 최대의 화학자로 양자역학의 원리를 응용하여 화학결합의 비밀을 발견하였습니다. 1951년에 로버트 콜리 등과 함께 단백질의 고산구조와 베타 병목구조를 특정한 단백질은 많은 아미노산이 펩타이드 결합하여 결합하고 있는 사슬(폴리펩타이드)이라고 불린다.

 단백질의 대표적인 구조가 스프링처럼 꼬인 나선형이라면 당연히 다른 중요한 생체분자도 나선형일 가능성이 있다고 추측할 수 있다. 그중에서도 유전물질로 인식된 DNA 구조는 과학자들에게는 당연히 힙 아이템이었다. 실제로 폴링은 1953년 1월 DNA가 삼중 나선 구조라고 주장하는 콜리와의 논문을 발표했다. 당시 캐번디시 연구소장이었던 브래그 씨와 케임브리지에 있던 아들 피터 폴링 씨에게 각각 논문 사본을 보냈는데 폴링이 제안한 구조는 화학적으로 매우 불안정한 구조였다. 단백질의 대표적인 구조가 스프링처럼 꼬인 나선형이라면 당연히 다른 중요한 생체분자도 나선형일 가능성이 있다고 추측할 수 있다. 그중에서도 유전물질로 인식된 DNA 구조는 과학자들에게는 당연히 힙 아이템이었다. 실제로 폴링은 1953년 1월 DNA가 삼중 나선 구조라고 주장하는 콜리와의 논문을 발표했다. 당시 캐번디시 연구소장이었던 브래그 씨와 케임브리지에 있던 아들 피터 폴링 씨에게 각각 논문 사본을 보냈는데 폴링이 제안한 구조는 화학적으로 매우 불안정한 구조였다. 당시 영국에서 폴링의 논문을 보고 안심했던 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 이렇게 말했습니다. "당시 세계적인 화학자였던 폴링이 어떻게 이런 어처구니없는 결론에 이르렀는가?"

왓슨씨는 시카고에서 태어나 16세에 시카고 대학에 입학하고, 22세에 인디애나 대학으로부터 세균유전학 박사 학위를 취득했다. 그의 고문은 살바도르 루리아로 델브룩 씨와 함께 박테리오파지를 연구하여 1969년 노벨상을 수상하였다. 야심적인 젊은 과학자인 왓슨은 DNA의 구조를 해명하고 싶다는 생각에서 유럽으로 건너가 케임브리지 대학 캐벤디시 연구소의 박사 과정 후의 연구자가 되었다. 그것은 1951년에 폴링이 알파나선의 구조를 발견했을 때입니다. 운명의 동료는 거기서 만난 것은 왓슨보다 12살 연상의 박사과정 학생 프랜시스 크릭이었다. 왓슨은 1928년생 크릭은 1916년생 1951년에 왓슨은 23세, 크릭은 35세였습니다. 원래 물리학을 전공하고 있던 크릭은 전후 생물학으로 전향하여 슈뢰딩거의 저서 '생명이란 무엇인가'에서 크게 촉발되었습니다. 크리크 박사가 논문에서 다룬 주제는 X선을 이용한 단백질 연구였다. 왓슨과 만난 후, 그는 일종의 과외 연구로 디엔에이(DNA)에 뛰어들었다.

 그러나 당시 영국에서 캐번디시는 DNA 연구의 중심이 아니었다. 영국의 과학계에서는 역할 분담 같은 것이 있어 DNA 연구는 킹스 칼리지(Kings College)가 주도하였습니다. 특히 킹스 칼리지에 신설된 생물 물리학과는 X선을 사용하여 DNA 회절 사진을 찍고 있었다. 주요 인사는 뉴질랜드 출신의 모리스 윌킨스 씨였다. 1951년 폴링이 알파나의 구조를 특정하고 왓슨이 케임브리지에 들어가자 X선 회절 사진 전문가가 윌킨스의 팀에 가담했다. 그의 이름은 로절린드 프랭클린으로 그녀는 옷차림이나 옷차림에 전혀 신경 쓰지 않았고 검은색 생머리에 어울리는 립스틱을 전혀 착용하지 않았다고 한다. 시간이 지날수록 윌킨스와 프랭클린은 소원해졌고, 윌킨스는 프랭클린에게 조수로 일하기를 원했지만 프랭클린은 독학하려고 했다. 한편, 왓슨과 클릭은 윌킨스와 친한 관계에 있었다. 왓슨은 특히 케임브리지로 오기 전에 윌킨스의 DNA 구조에 관한 강연을 들을 기회가 있었습니다. 윌킨스가 보여준 DNA 회절 사진에 매료되었습니다."

 분자의 X선 회절사진은 관찰결과에 해당하는 한편 가능한 분자구조모델의 구축이나 몇 가지 원리에 의한 계산등의 작업은 이론적 연구이다. 폴링은 그 고산 구조를 발견했을 때, 후자에게 탁월한 통찰력을 나타냈다. 그러나, 아무리 좋은 모델이라도, 최종적으로는 그것이 실제의 외관과 얼마나 정합성이 있을까를 추측할 필요가 있다. 그것이 과학이므로 X선 회절 사진은 매우 중요하다. DNA는 염기·설탕·인산의 3가지 원소를 결합하는 뉴클레오티드의 기본 단위이다. 설탕은 탄소를 포함하지 않는 구조로, 5분의 1 탄소당 리보스에 산소가 포함되어 있지 않다. DNA의 D는 디옥시리보스의 머리글자이고 '데옥시'는 산소가 없다는 뜻인 한편 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C) 등 4개의 이미 알고 있는 염기가 있었다. 단백질의 알파 헬릭스 구조가 밝혀진 뒤 DNA 암선 구조가 될 것을 쉽게 예상할 수 있다. 왓슨과 크릭은 당초 설탕과 인산이 골격을 형성해 염기가 골격 바깥을 향하는 3중나선 구조의 모델을 만들었습니다 레고 블록을 조립하거나 금속 원자 파편을 붙이는 듯한 윌킨스와 프랭클린도 이 모델을 봤으나 프랭클린은 특히 회절 사진 결과와 일치하지 않는다며 이 모델을 비판했다. 결국 삼중나선 구조는 실패했고 브래그는 왓슨과 클릭이 DNA 연구를 중단해야 한다고 결정했습니다.