제임스 왓슨과 DNA의 발견

단상이 있을 것이라 생각했었는데, 지금 조금 두렵습니다. (웃음) 크리스가 저에게 DNA 구조를 어떻게 밝혀냈는지 말하라고 했고 저는 그의 지시를 따르기 때문에, 그러도록 하죠. 하지만 저는 살짝 지루하네요. (웃음) 아시다시피 저는 책도 썼습니다. (웃음) 그래서 뭐, 어떻게 발견하게 됐는지, 그리고 프란시스와 제가 왜 찾게 되었는지 조금 설명하기로 하죠. 그리고 적어도 5분 정도는 제가 요즘 무엇을 하고 있는지 말씀 드릴 시간이 있었으면 좋겠네요.

여기 뒤에 제가 17살 때의 사진이 있습니다. 저는 시카고 대학교 3학년에 재학 중이었고 제가 3학년 이었던 이유는 시카고 대학교에서는 고등학교 2년만 마치면 입학을 허락해주었기 때문이죠. 고등학교로부터 벗어나는 것은 매우 신나는 일이었습니다. 저는 매우 작아서 운동이나, 뭐 그런 것들을 잘 하지 못했죠.

하지만 제가 자란 환경에 대해 말씀드리자면, 저의 아버지는 감독교 신도이자 공화주의자로 자라셨지만 대학 1년 후, 무신론자이자 민주주의자가 되셨습니다. (웃음) 저의 어머니는 아일랜드 가톡릭교도셨지만 종교를 그렇게 진지하게 생각하지는 않으셨습니다. 제가 11살 때, 저는 더 이상 일요 미사에 가지 않았고 대신 아버지와 산책하며 새들을 관찰했습니다. 그래서 일찍이 저는 찰스 다윈에 대해 들었습니다. 뭐, 그는 위대한 영웅같은 존재였나 봅니다. 그리고 우리가 현재 생명에 대해 인식하는 방식이 진화론을 통해 가능해지기도 했죠.

저는 시카고 대학교에서 동물학 전공이었습니다. 그리고 제가 충분히 똑똑했다면 궁극적으로 코넬대학교에서 조류학 박사학위를 따게 될 줄 알았습니다. 그 후, 시카고 신문에서 위대한 물리학자인 슈뢰딩거가 쓴 "생명이란 무엇인가" 라는 책의 평론을 읽게 되었습니다. 그리고 이 또한 제가 매우 알고 싶었던 질문이기도 했습니다. 다윈은 생명이 탄생한 이후에 대해 설명했지만 생명의 본질이란 무엇일까요?

슈뢰딩거는 그 본질이 우리 염색체에 있는 정보라고 하였고, 이는 분자 수준에 존재한다고 했습니다. 저는 이전에 분자에 대해서는 생각해 본 적이 없었죠. 염색체는 아시겠지만, 이것은 분자였고 어떻게 해서든 모든 정보가 아마도 디지털 형태로 존재한다는 것이었습니다. 그리고 가장 큰 문제는 이 정보를 어떻게 복사하느냐는 것이었습니다.

그래서 그게 책의 내용이었고, 그 순간부터 저는 유전학자가 되고 싶었습니다. 유전자를 이해하고 이를 통해 생명을 이해하고 싶었죠. 그래서 저는 영웅과 약간의 거리가 있었죠. 그는 야구 선수가 아닌, 라이너스 폴링이었습니다. 그래서 칼텍에 지원했지만 저를 떨어뜨렸습니다. (웃음) 그래서 저는 인디아나대에 갔고 이 곳은 유전학에 있어서 칼텍만큼 좋은 곳이었죠. 게다가 농구팀도 매우 훌륭했습니다. 그래서 저는 인디아나에서 꽤 행복한 삶을 살았습니다. 그리고 이곳에서 유전자가 DNA일 수 있다는 생각을 하게 되었습니다. 그래서 제가 박사학위를 받았을 때 DNA에 대해 연구하기로 했죠.

처음에 코펜하겐으로 갔고 제가 생화학자가 될 수 있을 것이라 생각했습니다. 하지만 생화학은 저에게 매우 지루했습니다. 유전자가 무엇인지에 대해 전혀 근접하지 않았습니다. 그저 핵과학이었죠. 아, 저게 그 책입니다. 저 작은거요. 두 시간이면 읽을 수 있습니다. 그리고 나서 이태리에서 한 회의에 참석하게 되었습니다. 그리고 계획표에 예정되어 있지 않았던 연설자가 DNA에 대한 강연을 했습니다. 그는 모리스 윌킨스였습니다. 그는 물리학자로 자라서 전쟁 후에는 생물 물리학을 하길 원했고 DNA를 선택한 이유는 록펠러 연구소에서 DNA가 아마도 염색체에 있는 유전적 분자일 것이라 결정했기 때문입니다. 대부분의 사람들은 단백질이라 생각했죠. 하지만 윌킨스는 DNA가 최선의 수단이라 생각했고 이 엑스레이 사진을 보여줬죠. 결정체 같은 것이었고 DNA가 그 구조를 갖고 있었습니다. 이는 아마도 다른 명령들을 포함하고 있는 서로 다른 분자에 의한 것이었겠지만요. DNA분자에는 보편성 같은게 있었죠. 그래서 저는 그와 일을 하고 싶었지만 그는 전직 조류관찰자는 원하지 않았습니다. 그래서 저는 결국 영국 캐임브리지에 가게 되었습니다.

캐임브리지에 간 것은 당시 엑스레이 결정학을 위한 가장 좋은 장소였기 때문이죠. 지금은 엑스레이 결정학이란 과목이 화학과에 속해있지만 당시만 해도 이는 물리학자들의 영역이었습니다. 그래서 엑스레이 결정학을 위한 최고의 장소는 캐임브리지에 있는 캐번디시 실험실이었죠. 여기서 저는 프란시스 크릭을 만났습니다. 그 곳에 가기 전까지는 그를 몰랐었고 그는 당시 35세, 저는 23세 였습니다. 그리고 하루만에 우리는 DNA구조를 밝혀낼 지름길을 찾을 수 있을 것이라 결정했습니다. 엄격하고 정밀한 방법이 아닌 모형을 짓는 것이었습니다. 전자모형처럼 좌표의 길이 같은 것을 엑스레이 사진으로부터 얻어서 만드는 것이죠. 하지만 분자가 어떻게 접힐까요?

이 사진의 중앙에는 라이너스 폴링이 있습니다. 6개월 전 쯤 그는 단백질의 알파나선 구조를 제시했습니다. 그리고 이 과정에서 그의 오른편에 있는 캐번디시 교수인 로렌스 브래그 경을 내쫓게 되었죠. 이 사진은 몇 년후에 찍은 사진입니다. 브래그가 웃을 이유가 생겼을 때죠. 제가 그 곳에 갔을 때만해도 그는 웃고 있지 않았죠 왜냐하면 폴링이 알파나선을 알아냈을 때 수치심을 느끼고 그들은 화학자가 아니었기 때문에 캐임브리지 사람들은 실패하게 되었죠. 그리고 크릭이나 저 역시 화학자가 아니였고 우리는 모형을 짓기로 했습니다. 프란시스는 윌킨스를 알았고 윌킨스는 나선형일 것이라 했습니다. 엑스레이 도형이 나선형과 유사하다고 생각했죠.

그래서 우리는 세 가닥의 모형을 지었습니다. 런던에서 사람들이 왔죠. 윌킨스와 그의 협력자로 짐작되는 사람인 로잘린드 프랭클린이 와서는 우리의 모형을 비웃었습니다. 그들은 허접하다고 했고, 사실 그랬습니다. 그래서 우리에게 더 이상 모형을 짓지 말라고 했습니다. 우리는 무능했으니까요. (웃음) 그래서 우리는 더 이상 모형을 짓지 않았고 프란시스는 단백질에 대한 연구를 계속했습니다. 그리고 저는 아무것도 하지 않았습니다. 책 읽는 것 빼구요. 뭐, 기본적으로 읽는 것은 매우 좋은 일이죠, 사실들을 알게 되구요. 그리고 우리는 런던에 있는 사람들에게 계속해서 라이너스 폴링이 DNA로 연구를 진행할 것이라 했습니다. DNA가 그만큼 중요하다면 라이너스는 알게 되겠죠. 그는 모형을 짓게 될 것이고 그러면 우리의 자리를 채가게 되겠죠.

그리고 실제로도 그는 런던에 있는 사람들에게 엑스레이 사진을 볼 수 있는지 편지를 썼다고 합니다. 그리고 그들은 안된다고 할만큼 지혜로웠고 폴링은 사진을 볼 수 없었죠. 하지만 문헌에도 남아있었죠. 사실 라이너스는 그것들을 주의 깊게 살펴보지 않았습니다. 하지만 제가 캐임브리지에 도착한지 15개월 후 정도가 되었을 때, 라이너스 폴링의 아들로부터 소문이 돌기 시작했죠 그는 캐임브리지에 있었고 그의 아버지가 DNA를 연구하기 시작했다고 했습니다. 그래서 하루는 피터가 들어와서는 그가 피터 폴링이라고 했고 그의 아버지의 원고의 사본을 저에게 건네주었습니다. 저는 매우 두려웠습니다. 저희를 앞질렀을 수도 있을 것이라 생각했기 때문이죠. 저는 할 수 있는 게 없었고 아무런 자격도 없었습니다. (웃음)

그래서 거기 눈문이 있었고 그는 세가닥의 구조를 제안했습니다. 저는 읽어보았고 그것은 그저 허튼소리였습니다. (웃음) 이것은 예상치 못한 일이었죠 (웃음) 그것은 인산기 사이의 수소결합으로 모여있다고 했습니다. 자, 세포들의 최고 pH가 7 정도라고 하면 이 수소결합들은 존재할 수가 없을 것입니다. 우리는 화학과로 달려가서 "폴링이 맞는건가요?" 라고 묻자 알렉스 허스트는 아니라고 대답했고 우리는 기뻤습니다. (웃음)

그리고 우리는 여전히 경쟁을 하고 있었지만 칼텍의 누군가가 라이너스에게 그가 틀렸다고 말해줄까봐 두려웠습니다. 그래서 브래그는 모형을 지으라고 했습니다. 그리고 폴링의 원고를 받은지 한 달 후 저는 그 원고를 런던으로 갖고 가서 사람들에게 보여줬습니다. 라이너스는 틀렸고 우리는 아직 경쟁을 하고 있으니 지금 당장 모형을 짓기 시작해야 한다고 했습니다. 하지만 윌킨스는 안된다고 했고 로잘린드 프랭클린이 두 달 후에 떠나니 그녀가 떠난 후에 모형을 짓겠다고 했습니다. 그래서 저는 이 소식을 갖고 캐임브리지로 왔고 브래그는 다시 모형을 지으라고 했습니다. 당연히 저는 모형을 짓고 싶었습니다. 여기 로잘린드의 사진이 있습니다. 그녀는 진짜.. 한 편으로는 화학자였지만 사실 그렇게 교육을 받았을 것입니다 그녀는 유기화학이나 양자화학에 대해서는 알지 못했습니다. 그녀는 결정학자였죠.

그래서 그녀가 모형을 짓기 싫어했던 부분적인 이유로는 제가 생각했을 때 그녀는 화학자가 아니었고 폴링은 화학자였기 때문이죠. 그래서 크릭과 저는 모형을 짓기 시작했습니다. 저는 화학을 조금 배웠지만 충분하지는 않았습니다. 어쨌거나 우리는 1953년 2월 28일에 문제를 해결했습니다. 그리고 이것은 어떠한 규칙에 의해 가능했죠. 저에게는 매우 좋은 규칙이었구요. 절대 방 안에서 가장 똑똑한 사람이 되지 말라는 것이었고 우리는 그러지 못했습니다. 우리는 방에서 가장 뛰어난 화학자들이 아니었습니다. 저는 들어가서 제가 한 짝지음을 보여줬고 화학자였던 조 도나휴는 틀렸다고 했습니다. 수소 원자들이 잘 못 배치되어 있다는 것입니다. 저는 책에 있는 데로 놓았을 뿐이고 그는 틀렸다고 했습니다.

그래서 그 다음날 그가 맞았을지도 모른다고 생각했습니다. 그래서 위치를 바꿔보았고 그 다음에는 염기 대합을 찾아냈습니다. 프란시스는 곧바로 사슬들이 절대적 방향으로 진행된다는 것을 알아냈죠. 그리고 우리는 우리가 맞았다는 것을 알았습니다. 그래서, 뭐, 모든게 두 시간만에 이루어졌죠. 무에서 유로요. 우리는 이것이 엄청나다는 것을 알았습니다. T옆에 A를, 그리고 C 옆에 G를 놓기만 하면 이는 복제 기작이 되기 때문이죠. 그래서 우리는 유전적 정보가 어떻게 운반되는지 보았습니다. 이는 네 개의 염기의 순서에 해당하죠. 그래서 어떻게 보면 디지털 형태의 정보라고 할 수 있죠. 그리고 가닥이 분리되면서부터 복제가 시작됩니다. 이 방법이 맞지 않더라도 믿는 수밖에 없습니다. 왜냐하면 달리 다른 방법이 없기 때문이죠. (웃음)

하지만 이는 대부분의 과학자들이 생각하는 방식이 아닙니다. 대부분의 과학자들은 오히려 둔해서 그것이 맞다는 것을 알 때까지는 생각하지 않겠다고 했습니다. 하지만 뭐, 우리는 적어도 95%나 99%는 맞았을 것이라 생각했습니다. 생각해보시길 바랍니다. 그 후 5년간 우리 네이쳐 논문을 참조한 것은 다섯 건 정도밖에 되지 않았습니다. 우리는 다시 홀로 남겨졌고 실마리의 마지막 부분을 찾으려 했습니다. 그리고 이는 이 유전 정보가 무엇을 하는가? 하는 것이었습니다. 이것이 RNA분자에 정보를 제공한다는 것은 꽤 명확했지만 RNA에서 단백질로는 어떻게 가는 걸까요? 3년간 저희는 그저 RNA의 구조를 밝히려 노력했습니다. 하지만 결과가 잘 산출되지 않았고 명확한 엑스레이 사진을 얻을 수 없었습니다. 저는 확실히 행복하지 않았습니다. 그리고 어떤 여자분은 저와 결혼해주지 않았습니다. 정말 저에게는 매우 짜증나는 시기였죠. (웃음)

그래서 여기 프란시스와 저의 사진이 있네요. 그 여자를 만나기 전이라 아직은 행복해 보입니다. (웃음) 여긴 우리가 어떤 방향으로 나아가야 할지 모를 때 우리가 한 일이 있네요. 우리는 RNA 타이 클럽이라는 모임을 결성했습니다. 위대한 물리학자인 조지 가모브가 넥타이를 디자인 했습니다. 그도 일원 중 하나였죠. 문제는 네 개의 문자로 이루어진 암호에서 어떻게 20 개짜리 단백질 암호를 만드느냐는 것이었습니다. 파인먼과 텔러도 일원이었고 가모브의 친구이기도 했죠. 우리는 두 번 밖에 사진을 찍지 않았고 두 경우 모두 우리 중 누군가는 넥타이를 하고 있지 않았습니다. 여기 오른쪽 윗편에 프란시스가 있고, 막 의학박사가 된 결정학자인 알렉스 리치가 제 옆에 있습니다. 이 사진은 1955년 9월에 캐임브리지에서 찍었습니다. 저는 웃고 있지만 제 생각에는 억지로 그랬던 것 같습니다. 왜냐하면 그 여자는 아주 떠나가버렸기 때문이죠. (웃음)

그리고 저는 1960년까지는 정말로 행복하지 않았습니다. 왜냐하면 그 때서야 우리는 세 종류의 RNA가 있다는 것을 발견했죠. 그리고 기본적으로 DNA가 RNA에 정보를 제공하고 RNA는 단백질에 제공한다는 것을 알고 있었죠. 그리고 이는 마셜 니런버그가 합성 RNA를 갖고 단백질을 만드는 시스템에 도입할 수 있게 하였고 그는 폴리페닐알라닌을 만들었습니다. 그리고 이는 유전 암호를 처음 해독하게 된 것이었고 1966년에 모든 것이 끝났습니다. 그래서 여기까지가 크리스가 저에게 부탁한 부분입니다. 그 후로 무슨 일이 있었을까요? 자, 다시 그 때로 돌아가겠습니다. 우리가 DNA의 구조를 찾았을 때 저는 콜드 스프링 하버에서 첫 강연을 하게 됐습니다. 물리학자였던 레오 실라르드는 저를 보며 "이것으로 특허를 내실껍니까?" 라고 물었고 그는 특허법을 알고 있었고 우리가 특허를 낼 수 없다는 것도 알고 있었죠. 특허를 낼 수도 없고 쓸모도 없었으니까요. (웃음)

그래서 DNA는 그다지 유용한 분자가 되지 못했고 변호사들도 이 분야로 들어오지 않다가 20년 후인 1973년에 보이어와 코헨이 샌프란시스코와 스탠포드에서 DNA 재조합 기술을 발명하면서 스탠포드에서 특허를 내고 돈을 많이 벌게 되었습니다. 적어도 그들은 뭔가 쓸모있는 일을 할 수 있는 것에 대해 특허를 냈죠. 그 후 그들은 암호를 위해 문자를 읽는 법을 배웠습니다. 그리고는 갑자기 생명공학 산업이 생기게 됐죠. 하지만 여전히 저의 유아기를 지배했던 질문을 대답하기에는 아직 멀었죠. 이는 어떻게 후천성을 선천적으로 설명할 것인가? 였습니다.

계속하겠습니다. 이미 시간이 다 되어가지만 여기 마이클 위글러가 있습니다. 매우 똑똑한 수학자가 된 물리학자였죠. 그는 DNA 샘플과 그것을 따라 100만 개 정도의 지점을 관찰할 수 있게 해주는 기술을 고안해냈습니다. 여기 일반적인 칩이 있고 이쪽에는 매디슨에 있는 님블젠이라는 회사가 포토리소그래피로 만든 것이 있습니다. 이 회사는 애피매트릭스사보다 훨씬 앞서있죠. 그리고 우리는 그들의 기술을 사용합니다. 그리고 우리가 하는 것은 일반적인 구조자들의 DNA를 비교하는 것이죠. 여기 암이 있고 위에서 볼 수 있듯이 나쁜 암의 경우 삽입이나 결실이 일어난 것을 살펴 볼 수 있습니다. DNA가 정말 엉망인 상태죠. 반면에 살아남을 확률이 있는 경우에는 DNA가 그렇게까지 엉망이진 않습니다. 이것이 궁극적으로 우리가 "DNA 생체검사법"이라 부르는 것에 도달할 것이라 생각합니다. 암치료를 받기 전에 이 기술을 잘 살펴보셔야 합니다. 그리고 적의 모습을 알게 되는 것이죠. 부분적인 모습이긴 하지만 이는 매우 유용할 것이라 생각합니다.

그래서 우리는 유방암으로 시작했고 이를 위한 자금이 많기 때문이죠. 정부 자금 말고요. 그리고 저는 이제 매우 확실한 관심분야가 생겼습니다. 저는 이를 전립선암을 위해 하고 싶습니다. 아시다시피 위험하지 않으면 치료도 받지 않습니다. 하지만 위글러는 암세포를 관찰하는 것 외에 정상 세포도 관찰하였고 꽤 놀라운 관찰 결과를 얻었습니다. 이는 우리 모두는 유전체의 10군데 정도에는 유전자 하나를 얻거나 잃은 곳이 있다는 것입니다. 우리는 모두 불완전한 셈이죠. 그래서 문제는 우리가 여기 있는 것은 이 작은 손실이나 획득이 그렇게까지 나쁘지는 않다는 것입니다. 하지만 이러한 결실이나 확장이 잘못된 유전자에서 일어난다면 우리는 병들게 될지도 모르죠.

그래서 그가 처음 관찰을 시작한 병은 자폐증이었습니다. 자폐증을 연구한 이유는 자금이 있었기 때문이죠. 한 개인을 관찰하는 데에 드는 비용은 300만원정도입니다. 더 높은 지능의 자폐증이라 할 수 있는 아스페르거 증후군을 앓는 아이의 부모가 일반 회사에 이를 보냈지만 그들은 하지 않았습니다. 전통적인 유전학 방법으로는 할 수 없었지만 우리는 면밀히 살펴봄으로써 자폐증에 관계된 유전자들을 찾아냈습니다. 여기 보시는데로, 정말 많습니다. 많은 아이들이 자폐아인 것은 큰 DNA 덩어리를 잃었기 때문이죠. 제 말은, 분자 수준에서 큰 덩어리라는 것입니다. 우리가 본 한 명의 자폐 어린이는 약 500만 개의 염기가 그의 염색체에서 빠져있었습니다. 아직 그의 부모는 살펴보지 않았지만 아마도 그들은 그만큼의 손실이 없거나 혹은 그의 부모가 아닐 것입니다. 우리의 자폐증 연구는 이제 막 시작했습니다. 우리는 30억 정도의 자금이 있습니다. 그리고 제 생각에는 적어도 10년에서 20년은 있어야 자폐아를 혹은 자폐아일 가능성을 지닌 아이를 가진 부모를 도울 수 있는 위치가 될 것입니다. 그리고 우리는 차이를 발견할 수 있을까요? 같은 기술로 모든 사례들을 살펴 볼 수 있을 것입니다. 이는 유전자를 찾는 데에 매우 훌륭한 방법이죠.

그리고 저는 이 말을 하며 마무리 짓겠습니다. 우리는 20명의 정신 분열증 환자를 살펴보았습니다. 그리고 앞으로 몇 백명을 더 관찰해야 제대로 된 상황을 알 수 있을 것이라 생각했습니다. 하지만 여기 보시듯 20명 중에 7명은 매우 높은 변화율을 보였습니다. 그리고 대조군에는 3명이 있습니다. 이는 대조군에 대해 무엇을 의미할까요? 그들도 역시 미쳐있었지만 저희가 몰랐던 걸까요? 아니면 그들은 정상일까요? 제가 짐작하건데 그들은 정상일 것입니다. 그리고 우리가 정신분열증에 대해 생각한 것은 소인과 관련된 유전자가 있을 것이고 이것이 그 소인과 관련되었든 간에 그리고 또한 전체 인구 중 정신분열증에 걸릴 확률이 있는 집단은 단 일부입니다.

아직 이것에 대한 증거는 없지만 가설을 세우자면 가장 근접한 추측으로는 왼손잡이 사람들이 정신분열증일 경향이 더 많습니다. 정신분열증인 사람들의 30%가 왼손잡이이고 정신분열증은 매우 흥미로운 유전적 특징을 갖고 있습니다. 60%의 사람들은 선천적으로 왼손잡이이지만 그 중 반만 정신분열증을 나타냈습니다. 이것까지는 설명할 시간이 없군요. 자신이 오른손 잡이일 것이라 생각하는 사람들 중에는 유전적으로 왼손잡이인 사람들이 있습니다. 생각해보면 나는 왼손잡이 유전자를 지니고 있지 않기 때문에 나의 자식들은 정신분열증에 걸릴 위험이 없어, 라고 생각할 수 있겠죠? (웃음)

그래서 저에게는 매우 흥분되는 시간입니다. 우리는 쌍극성 장애에 관련된 유전자도 찾아낼 수 있을 것입니다. 관련성이 있기 때문이죠. 그리고 자금이 충분하다면 올해 안으로 찾을 수 있을 것입니다. 감사드립니다.