드류 베리: 볼 수 없는 생물학의 에니메이션

제가 여러분에게 보여드릴것은 바로 우리 몸의 살아있는 조직들을 만드는 놀라운 분자기계들입니다. 분자는 정말 정말 작습니다. 그냥 작은게 아니고 정말로 작지요. 분자는 빛의 파장보다도 작기때문에 직접 보는 것은 불가능합니다. 하지만 과학을 통하여, 우리는 분자적 규모에서 어떤일이 생기고 있는지 꽤 잘 알고 있습니다. 그래서 분자들에 대한 설명은 해줄 수 있지만 분자를 직접 보여줄 방법은 없죠.

한가지 해결책은 그림을 그리는 것이죠 그것은 별로 새로운 아이디어가 아니죠. 과학자들은 옛날부터 생각하고, 발견하는 과정의 일부로 그림을 그려왔으니까요. 그들은 망원경이나 현미경 같은 과학 장비로 관찰한 내용과 머리속에서 생각하는 것을 그림으로 나타내지요. 저는 과학을 예술로 표현하는 2개의 널리 알려진 예를 준비해 왔습니다.

일단, 세계 최초의 망원경으로 달을 관찰했던 갈릴레오의 이야기를 먼저 하지요. 그는 달에 대한 우리의 지식을 완전히 탈바꿈 시켰지요. 17세기때의 인식은 달이 완벽한 구형의 천체라고 믿었죠. 하지만 갈릴레오가 본것은 울퉁불퉁하고 황량한 세계였는데 그는 그것을 수채화로 그렸지요.

그외에 또다른 혁신적인 아이디어를 가졌던 다른 과학자는 생물학계의 슈퍼스타인 찰스 다윈입니다. 그는 그의 노트북에 "나는 이렇게 생각한다"라는 유명한 문귀를 페이지 왼쪽 상단에 적고 그 밑에 사상 최초의 생명의 나무를 그렸는데 그는 이 그림에 모든 종과 지구상의 모든 생물들이 진화 과정에서 어떻게 상호 연관되며, 종의 기원은 자연선택과 공통조상으로 부터의 분기에 의한다는 그의 생각을 담았지요.

저는 과학자가 된 후에도 고급스러운 기술용어와 전문용어로 범벅이된 분자생물학자들의 강의를 들으면 도대체 무슨 말을 하는지 이해할 수 없었는데 어느날 스크립스 연구소의 분자생물학자인 David Goodsell씨의 삽화를 보고 이해를 하기 시작했죠. 그의 그림은 모든것이 정확하고 크기도 실물의 크기에 비례하지요. 그의 그림들은 우리 신체내의 분자세계가 어떻게 생겼다는 것을 저한테 보여 줬지요.

이것은 혈액의 횡단면이죠. 왼쪽상단을 보시면, 여기에 노랑-초록색 부분이 있습니다. 이 부분은 혈액내에 있는 액체인데 주로 물로 구성돼 있지만, 항체, 당분, 호르몬 같은 것도 포함돼 있죠. 여기의 빨간 부분은 적혈구의 단면도이죠. 저기보이는 빨간 분자들은 헤모글로빈입니다. 그것은 실제로 빨간색인데그래서 우리의 피가 빨갛죠. 헤모글로빈은 스폰지 처럼 폐에서 산소를 흡수해서 신체의 곳곳으로 산소를 공급해 주죠.

저는 오래전에 이 그림으로부터 큰 영감을 받고 컴퓨터 그래픽을 사용해서 분자들의 세계를 묘사할수있을지 생각해보았죠. 과연 어떤 그림이 나올까? 제 일은 이렇게 시작됐지요. 자 이제 보시죠.

이것은 DNA의 전형적인 이중나선 그림입니다. 이 그림은 X선 결정학 방법으로 얻은 것이죠. 그래서 이것은 정확한 DNA의 모델입니다. 여기서 우리가 이중나선을 풀고, 이 두가닥을 떼어놓으면, 이빨처럼 생긴 것들이 보이지요. 저것들이 우리의 DNA에 적혀져있는 25,000개의 유전암호이죠. 사람들이 흔히 유전암호에 대해 이야기할때 바로 이걸 보고 말하는 거죠. 하지만 저는 DNA의 다른면, 즉 DNA의 물리적 특성에 대해 말씀드리겠습니다. 이 두가닥은 서로 반대방향을 향하고 있지요, 그런데 그 이유는 생략하겠습니다. 하여튼 그들은 물리적으로 서로 반대방향을 향하고 있는데 이 사실은 곧 보시겠지만 세포내에서 여러가지 복잡한 상황을 만들어내는데 특히 DNA를 복사할 때 그러합니다.

그래서 제가 지금 보여드릴려고하는것은 저희 몸속에서 지금 일어나고있는 실제 DNA 복사 체계를 정확하게 묘사한 것입니다, 최소한 2002년도의 생물학에 의거하면 그렇지요. DNA는 왼쪽에서 부터 이 생산라인에 들어가서 이 미세한 생화학적 장치들에 부딛치는데 이것은 DNA의 가닥을 풀어헤치고, 똑같은 DNA 복사본을 만들지요. DNA는 그 안으로 들어가서 이 파란 도넛츠처럼 생긴 구조물과 부딛치고, 두개의 가닥으로 풀어지지요. 한개의 가닥은 직접 복사가 되고, 보시는 바와 같이 아래쪽으로 풀려나갑니다. 그런데 다른 가닥은 반대방향으로 복사돼야 하기 때문에 일이 좀 복잡하게 되지요. 이 가닥은 계속해서 이런 고리 모양으로 일단 떨어졌다가 다시 한부분씩 복사되며 두개의 새로운 DNA분자를 만들지요.

지금 여러분들의 몸안에는 수십억개의 이런 기계들이 엄청난 정확도로 DNA 를 복제하고 있지요. 이 영상은 여러분의 몸 안에서 일어나는 것을 정확히 묘사할 뿐만 아니라 거의 실제 속도로 보여 줍니다. 이 영상에서는 오류수정 등의 여러가지를 생략했습니다. 이것은 제가 몇년전에 만든 것입니다. 감사합니다.

이건 제가 몇년전에 만든 영상인데 이제는 최신 과학과 기술에 의거한 비디오를 보여그리겠습니다. 자, 다시 DNA로 부터 시작하겠습니다. DNA는 주변의 분자들 때문에 이리저리 꿈틀거리고 있는데 DNA를 볼 수 있도록 주변의 분자들을 그림에서 뺏습니다. DNA의 지름은 약 2 나노미터 정도니까 정말로 작죠 하지만 여러분들의 세포 하나 하나에 있는 DNA 가닥의 길이는 약 30-40 밀리미터죠. DNA를 정리하고 유전암호에 접속할 수 있도록 DNA는 보라색 단백질로 감싸여져있죠 -- 제가 보라색으로 표시했죠. 자, 이렇게 꾸러미로 뭉쳐져있습니다. 여기에 보이는 모든것이 한가닥의 DNA이지요. 그리고 이 큰 DNA 꾸러미가 바로 염색채입니다. 그리고 염색채에 관해서는 잠시후에 다시 돌아오겠습니다.

이제 줌 아웃해서 핵 구멍을 통해서 밖으로 나갑니다. 이것은 모든 DNA가 위치한 세포핵이라는 세포기관으로 통하는 관문이지요. 우리가 보고있는 이것들이 한학기 정도의 생물학 교습량인데 7분 밖에 시간이 안남았네요. 그래서 오늘 이걸 다 못배우겠죠? 안된다고요, 네, "안된다"고 하시네요.

이건 살아있는 세포를 광학현미경으로 본 것 입니다. 저속촬영을 했기 때문에 세포가 움직이는 것을 볼 수 있습니다. 핵 주머니가 붕괴됩니다. 이 소시지 모양의 것들이 염색체인데 그것을 잘 살펴보죠. 이들은 빨간 점들을 중심으로 주목할 만한 변화를 하지요. 세포는 분리할 때가 되면 염색체를 두개로 쪼개지요. 한 세트의 DNA는 한쪽으로 가고, 다른 세트는 반대쪽으로 가죠 -- 똑같은 DNA 복사본으로요. 그리고 세포는 중간에서 반으로 갈라집니다. 여러분들의 몸속에는 수십억개의 세포들이 지금 이 과정을 밟고 있습니다.

이제 앞서 말한바 있는 염색체로 돌아가서 그것의 구조를 설명해 드리죠. 이번에도 중간에서 무슨 일이 일어나고 있네요. 염색체들은 줄을 섭니다. 이때 염색체 하나를 골라서 떼어내고 그것의 구조를 관찰해 보죠. 이것은 우리의 몸에서 지금까지 발견된 가장 큰 분자의 하나입니다. 이것은 한개의 염색체입니다. 각 염색체에는 두 가닥의 DNA가 있지요. 하나는 하나의 소시지로 뭉쳐져있습니다. 다른 하나는 또 다른 하나의 소시지로 뭉쳐져있지요.

이 양쪽에서 뻗어나오는 수염처럼 생긴것들은 세포의 움직이는 비계같은 것인데 미소관이라고 불리지요. 이름은 중요하지 않습니다. 주목할 곳은 바로 이 빨간 부분입니다 -- 제가 빨강으로 표시했죠 -- 동적인 비계와 염색체가 접속하는 부분이 바로 이곳 입니다. 이 부분은 분명히 염색체의 이동에 핵심적인 역할을 하지요. 우리는 그것이 염색체를 어떻게 움직이는지 모릅니다.

지난 100년 이상 동안 많은 연구자들이 동핵이라고 불리는 이 구조에 대해 많은 연구를 하고 있으나 우리는 아직도 이에 대해 많은 것을 모르고 있습니다. 동핵은 총 수천개에 달하는 200개의 단백질 종류로 구성돼 있지요. 이것은 신호방송 시스템입니다. 동핵은 세포의 다른 부분에게 언제 세포가 분열할 준비가 됐는가, 염색체 배열이 끝나서 염색체를 분리할 때가 됐는가를 화학신호를 통해 세포의 다른 부분으로 방송하지요. 동핵은 증대하거나 또는 축소하는 미소관에 결합할 수 있습니다.

동핵은 미소관의 증대에 관련되며 일시적으로 미소관에 결합될 수도 있지요. 동핵은 주변의 상황을 감지할 수 있기 때문에 세포가 분할할 때가 됐는지, 염색체가 정확히 배열됐는지를 느낄 수 있지요. 동핵은 지금 모든것이 정상적이라는 것을 느끼기 때문에 색갈이 초록색으로 바뀌고 있습니다. 그런데 여기에 아직도 빨간 부분이 조금 남아 있는데 그것은 지금 미소관 아래쪽으로 내려가고 있지요. 그것은 신호방송 시스템이 멈추라는 신호를 보내는것이지요. 그리고 그것은 아래로, 실지로 이렇게 기계적으로 내려갑니다. 마치 분자 규모의 기계장치 같지요.

분자 규모로 보면 여러분들 자신이 이렇게 작동합니다. 분자 눈요기거리로 키네신을 보여드리죠, 오렌지색의 것들이 그겁니다. 키네신은 한쪽 방향으로 걸어가는 작은 운반 분자죠. 그리고 여기는 다이네인입니다. 이들은 방송 시스템을 들고가지요. 이들은 다리가 길어서 장해물을 피해 다닐 수 있지요. 다시한번 말하지만, 이 비디오는 과학적 사실을 정확하게 이미지로 나타낸 것입니다. 문제는 그 어떤 다른 방법으로는 보여드릴수 없다는 것이지요.

과학과 우리의 지식의 최전선을 탐사한다는 것은 정말 대단한것입니다. 이런것들을 발견하는 것은 과학분야에서 일하며 받는 즐거운 보상이지요. 하지만 대부분의 의학 연구원들에게는 이런것들을 발견한다는 것은, 병을 퇴치하고, 병으로 인한 고통과 괴로움을 없애고 사람들을 가난에서 구한다는 큰 목표를 위한 하나의 과정일 뿐입니다.

감사합니다.

(박수)