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노벨상인물

프랑수아 자코브 Francois Jacob

프랑수아 자코브 [이미지]
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Pasteur (파스퇴르연구소)
  • 작성 2016-03-14
  • 조회 3,999
  • 출생1920-06-17
  • 국적 프랑스
  • 분야분생물학
  • 소속프랑스 파스퇴르연구소
  • 출신대학파리대학 이학부
  • 주요업적효소의 유전적 조절 작용과 세균 합성에 관한 연구
  • 수상생리의학상(1965)
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인물정보

프랑스의 분자생물학자. 1961년 J.L.모노와 공동으로 대장균을 이용하여 유전자의 단백질 합성에 대한 조절 능력을 밝힌 오페론설을 제창하였다. 1965년 르보프, 모노와 함께 효소 합성에 대한 유전적 제어를 연구한 공로로 노벨생리·의학상을 공동 수상하였다.

1920년 프랑스 낭시(Nancy)에서 외동아들로 태어났다. 파리대학에서 의사가 되기 위해 의학을 공부했지만 전쟁이 나는 바람에 학업을 중단해야 했다. 그는 프랑스를 떠나 자유 프랑스 인민에 들어갔고 군의관으로 아프리카에 보내져 페잔(Fezzan), 리비아(Libya), 트리폴리타니아(Tripolitania), 튀니지(Tunisia)에서 부상을 치료하였다. 그는 1944년 8월 기갑부대로 보내져 노르망디에서 여러 차례 부상을 입었다. 7개월 동안 병원에서 치료를 받은 후 프랑스 최고 훈장상을 받았다. 전쟁이 끝난 후 자코브는 의학 공부를 마쳤고 1947년 파리 대학에서 박사 논문을 썼다. 그의 부상 때문에 수술 실습을 하지 못해 생물학으로 전공을 바꾸기 전 다양한 분야에 관해 연구를 했다. 1954년 소르본 대학에서 <응원세균과 프로바이러스 개념>에 대한 이론 논문으로 박사학위를 취득했다.

1950년, 프랑수아 자코브는 앙드레 루오프 지도하에 파스퇴르 연구소에 들어가게 된다. 1956년 연구소 소장으로 임명되었고 1960년에는 세포 유전학 부의장을 1964년 프랑스 대학 교수가 되었다. 프랑수아 자코브의 연구는 박테리아와 살균바이러스에 존재하는 유전적 메커니즘과 돌연변이의 생물학적 영향을 주로 다루었다. 그의 첫 번째 연구는 용원성 박테리아의 성질과 그들의 면역 체계 즉, 같은 유형의 전염성 입자로서의 프로파지에 있는 유전자 활동을 억제하는 메커니즘의 존재를 증명하는 것 이였다. 1954년 그는 엘리 울만(Ellie Wollman)과 프로파지와 박테리아의 유전적 물질 사이의 자연적 관계를 설립을 시도하는 길고 뜻 깊은 협동연구를 시작했다. 이 연구는 박테리아의 활용의 메커니즘의 정의를 이끌어 냈고 박테리아 세포의 유전적 장치의 분석을 가능하게 했다. 이 연구로 부터 남성에서 여성으로 유전적 전이의 과정과 박테리아 염색체나 에피솜 개념의 고리와 같은 새로운 개념의 전체 시리즈를 출현시켰다. 이 연구는 박테리아의 유전과 성이라는 책으로 출판되었다.

A.M. Lwoff 등과 같이 대장균의 접합현상, 용원성에 관계하는 유전요인을 해석하고, J.L. Monod 등에 의해 진행되던 β-갈락토시다아제계의 효소생성에 관계되는 변이체의 유전해석을 하였다. 이 성과는 Monod 등의 생화학적 연구와 동시에 생체의 단백질생합성의 제어기구, 오페론설로 승화시켰다. 이 오페론설을 바탕으로 DNA복제의 유전적 조절기구의 모형, 복제 단위설을 제창하여 1965년도에 Monod, Lwoff와 공동으로 노벨생리의학상을 수상하였다.

<공동수상>

앙드레 루오프
프랑스의 미생물학자. 의학을 공부한 후 파스퇴르연구소에서 원생동물, 세균 등을 연구하였다. 제2차 세계대전 후에 용원균의 연구를 시초로, 집단으로서의 용원균이 아닌 개개의 딸세균세포의 본태를 밝혔다. 용원균은 프로파지를 보유하고 있어서 우발적 또는 인위적 유발에 의해 증식상으로 바뀜으로써 감염성 파지가 방출하는 것을 증명하였다.

Jacques Lucien Monod 자크 모노
프랑스의 생화학자. 세균의 유전현상을 연구하여 효소의 합성을 제어하는 유전자(오페론)의 존재를 확인하고 구조를 해명한 오페론설을 주장했다. 1965년 A.르보프, F.자코브 교수와 함께 노벨생리·의학상을 수상하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

1965년 노벨 생리·의학상은 효소의 유전적 조절 및 세균 합성에 관한 발견의 공로로 자코브 교수님, 르보프 교수님, 그리고 모노 교수님이 공동으로 수상하게 되었습니다.

이 특별한 연구는 결코 쉽지 않은 분야입니다. 수상자의 한 분인 자코브 교수님은 전문가를 대상으로 한 강연에서 “유전적인 작용 기전을 설명하기 위해서는 부정확하다는 말과 이해할 수 없다는 말 중 하나를 선택해야 합니다”라고 했던 말을 기억합니다. 이 연설에서 저는 부정확하다는 말이 적합하도록 설명할 것입니다.

지금까지는 과학적 비밀이라는 낭만적인 이름으로 불리던 유전물질, 즉 유전자의 구조와 그 작용 기전에 대해 우리는 점점 더 명확한 해답을 찾아가고 있습니다. 무대 주변을 겉돌기만 하던 이 연구 분야가 이제 무대 중심으로 자리를 옮기게 된 것입니다. 동시에 이 근본적인 문제에 대한 공격 또한 최근 들어 강해지고 있습니다.

이전에 노벨상을 수상했던 비들, 테이텀, 크릭, 왓슨, 윌킨스, 콘버그 및 오초아 박사 등이 이 분야의 연구 기반을 마련하였으며, 오늘 수상하는 프랑스의 과학자들은 이를 이어받아 연구하였습니다. 유전자의 가장 중요한 기능 중 하나는, 세포 내에서 물질을 만들고 여러 생명 현상에 필요한 에너지를 유리시키는 모든 반응을 조절하는 화학 장치, 즉 효소의 성질과 수를 결정하는 것입니다. 따라서 각각의 특이 효소들은 모두 개별적인 유전자를 갖고 있습니다.

게다가 유전자의 화학 구조에 대해서도 알려지기 시작했습니다. 원칙적으로, 유전자는 서로 쌍을 이루는 성질이 있으며 A, C, G, T로 명명된 4가지 성분으로 구성된 기다란 이중 사슬의 모양을 하고 있습니다. 그리고 한쪽 사슬의 ‘A’는 다른 한쪽 체인의 ‘T’와, 그리고 ‘G’는 ‘C’와 짝을 짓도록 되어 있습니다. 그러나 이들의 순서나 길이는 어느 정도 조절될 수 있기 때문에 가능한 조합의 수는 실질적으로 무한합니다. 일반적으로 유전자 사슬은 수백 개에서 수천 개에 이르는 단위 성분들을 포함하고 있으며, 이런 구조는 세포가 가지고 있을 것으로 추정되는 수백만 개 이상의 유전자들의 특정 형태를 담기에 충분합니다.

이러한 유전자 모델은 두 가지 형태의 암호화된 정보를 갖고 있습니다. 유전자의 두 사슬이 길게 갈라져서 각각 새로운 짝을 만나면, 결과적으로 최초의 유전자와 동일한 두 개의 이중 사슬이 생깁니다. 따라서 이 모델은 복제하고 유전되는 유전자의 실질적인 구조와 잘 맞아떨어집니다. 이 모델에 의하면 세포가 분열할 때 각각의 딸세포는 부모 유전자의 정확한 복사본을 받습니다. 그리고 유전자는 이중 사슬 구조에 의해 유전물질에 필요한 안정성과 불변성을 보장받게 됩니다.

이 모델은 다른 방법으로도 해석할 수 있습니다. 사슬을 따라 나열된 글자들은 3개씩 묶여 암호화된 단어를 만듭니다. 4종류의 알파벳(A, T, G, C)으로 30가지 이상의 서로 다른 단어가 형성될 수 있으며, 이러한 단어들로 이루어진 유전자 서열은 효소 또는 어떤 다른 단백질에 대한 구조적인 정보를 제공합니다. 단백질 또한 20여 개의 재료로 만들진 사슬분자입니다. 3가지 글자로 묶인 이 화학적 암호에 의해 구성 재료들이 결정됩니다. 그러므로 유전자에는 특정 단백질을 구성하는 재료의 수, 성질 및 순서에 관한 모든 정보들이 포함되어 있습니다.

이로써 유전자에는 살아 있는 세포의 기능에 필요한 모든 물질의 구조 정보가 들어 있다는 것이 분명해졌습니다. 유전 정보가 어떻게 화학적 효과를 나타내는지, 혹은 어떻게 화학적 활성으로 변형되는지는 알지 못합니다. 새로운 세포가 태어날 때 유전자들은 세포의 생명에 필요한 새로운 물질을 만들지만, 다음 세포분열이 일어날 때까지 이런 생산 과정은 잠시 휴식 상태로 들어갈 것이라고 생각됩니다. 그리고 이렇게 형성된 새로운 세포의 화학 장치들은 이 세포가 환경 변화에 적응하고 여러 형태의 자극에 적절하게 반응하는 데 필요한 기전을 조절할 것입니다.

우선 이 프랑스 연구팀은 유전자들의 구조적 정보가 어떻게 화학적으로 사용되는지를 증명하였습니다. 먼저 유전자 복제와 유사한 과정을 통해 유전 암호의 정확한 복사본, 즉 메신저라는 물질이 만들어집니다. 그 다음 메신저는 세포의 화학적인 ‘작업장’으로 들어가 마그네틱 테이프처럼 실패에 감깁니다. 이 실패에 단어들이 도달하면, 일종의 건설장비가 이 단어들에 상보적인 짝을 가져와서 마치 조각 그림을 맞추듯 짝을 맞추어 갑니다. 이런 방식으로 단백질 구성 성분들이 하나씩 차례로 배열되고 결합하여 적당한 구조의 단백질을 만들게 됩니다.

그러나 메신저 물질은 수명이 짧습니다. 이 테이프는 단 몇 가지 기록을 위해서만 지속될 뿐입니다. 효소들도 이와 비슷한 방식으로 고갈됩니다. 따라서 세포가 활성을 유지하기 위해서는 메신저 물질이 계속 생산되어야 합니다. 즉 유전자가 계속 활동해야 하는 것입니다.

그러나 세포는 다양한 외부 환경에 스스로 적응할 수 있는 능력이 있습니다. 따라서 세포 안에는 유전자의 활성을 조절할 수 있는 어떤 기전이 있어야만 합니다. 이 조절기전에 관한 연구는 지금까지 베일에 싸여 있던 생명 현상들을 설명할 수 있는 길을 열어 주었습니다. 이전까지 알려지지 않았던, 구조적인 유전자를 조절하는 작동유전자의 발견은 정말 획기적인 사건이었습니다.

작동유전자는 두 종류가 있습니다. 하나는 화학적인 신호를 유리하고, 이 신호는 수용체라는 또 다른 물질에 의해 인식되고, 수용체는 한 가지 이상의 구조적 유전자를 조절합니다. 신호를 받는 동안 수용체는 차단된 채로 남아 있고 구조적 유전자도 비활성 상태로 있습니다. 그러나 외부로부터 유입되거나 혹은 세포 내에서 형성된 어떤 물질은 특정한 방법으로 화학적인 신호에 영향을 주어 그 신호들이 더 이상 수용체에 영향을 미치지 못하도록 할 수 있습니다. 이렇게 차단된 상태에서 벗어나 수용체가 구조적 유전자를 활성화시키면, 메신저 물질이 만들어지고 효소를 비롯한 여러 단백질의 합성이 시작되는 것입니다.

따라서 유전 활성의 조절은 다소 부정적인 성질이 있습니다. 구조적 유전자는 억제유전자가 도달하지 않을 때에만 활동할 수 있습니다. 어떤 사람들은 화학적 회로가 텔레비전과 같은 전기적인 회로와 비슷하다고 말합니다. 복잡한 체계를 완성하기 위해 연속적으로 연결되거나 배열될 수 있다는 점에서도 이 두 회로는 비슷합니다.

단세포생물은 이와 같은 조절 회로 덕분에 필요할 때 효소를 만들고, 해가 될 것 같은 화학반응들을 중단시킬 수 있습니다. 따라서 흥분성 자극이 가해지는 정도에 따라 때로는 도망가고, 때로는 공격할 수 있습니다. 이러한 작용 기전에 의해 세포는 보다 복잡한 구조로 발달할 수도 있습니다. 바이러스의 활동이 원칙적으로 이와 같은 방법으로 조절된다는 것 또한 매우 흥미롭습니다.

박테리오파지는 방출체, 수용체 및 구조적 유전자를 갖춘 유전 조절 회로를 갖고 있습니다. 화학적 신호를 보내고 받는 동안에 바이러스는 비활성입니다. 그러나 바이러스가 세포 안으로 침투하면 바이러스는 세포의 정상적인 구성 성분처럼 행동합니다. 그리고 자신의 생존에 이롭도록 세포의 성질을 변화시킵니다. 그러다 신호가 중단되면, 바이러스는 활성화되며 빠른 속도로 자라 곧 숙주세포를 죽입니다. 이와 같은 방식으로 정상 세포에 침투한 종양 바이러스가 정상 세포를 종양세포로 변형시킨다는 견해에 대한 증거들도 꽤 있습니다.

이처럼 기술이 발달한 시대에도 우리는 자신의 과장된 의견을 주장하는 경향이 있습니다. 때문에 우리는 전자공학의 업적에 대해서는 칭찬을 아끼지 않습니다. 물론 구성 성분의 크기와 무게를 줄이기 위해, 그리고 장치의 부피를 줄이기 위한 소형화에 성공함으로써 우주과학은 빠르게 발달하였습니다. 그러나 우리는 천재적인 과학자들이 지금까지 이룬 이와 같은 업적을 훨씬 능가하는 시스템이 이미 100만 년 전에 자연에 의해 완성되었다는 사실을 명심해야 합니다.

1밀리미터의 수천 분의 1에 해당하는 살아 있는 단일 세포는 오차 없이 정확하게, 그리고 조화롭게 기능하는 수십만 개의 화학적 조절회로를 갖고 있습니다. 이보다 더 작게 시스템을 개선하는 것은 불가능합니다. 프랑스 연구팀이 개척한 이 새로운 연구 분야에는 분자생물학이라는 이름이 가장 적합할 것 같습니다.

르보프 교수님은 미생물을, 모노 교수님은 생화학을, 그리고 자코브 교수님은 세포유전학을 대표하는 분들입니다. 이들의 결정적인 발견은 이 세 분야의 경쟁과 기술적인 지식의 도움으로, 그리고 세 연구자의 친밀한 협동으로 가능했습니다. 그러나 생명의 신비로운 비밀을 기술적인 방법과 지식만으로는 풀 수 없습니다. 뛰어난 관찰능력, 논리적인 지성, 창의력, 상상력, 그리고 과학적 직관력이 필요합니다. 이 세 분은 이런 능력들을 모두 갖고 있었습니다.

아직은 이 분야의 연구 결과들을 실질적으로 응용할 수 없습니다. 하지만, 이 발견은 물속의 잔물결처럼 먼 곳으로 퍼져나가 생물학의 모든 분야에서 자극제가 되고 있습니다. 이제 우리는 이 작용 기전의 성질을 알고 있습니다. 따라서 우리는 곧 이 기전을 지배할 수 있을 것이며 의학에 응용하게 될 것입니다.

프랑수아 자코브 교수님, 앙드레 르보프 교수님, 자크 모노 교수님.
세 분이 보여 준 기술적으로 완벽한 실험과 창의적이고 논리적인 연역적 사고로 인해 우리는 그 어느 때보다도 생명 기능의 성질을 잘 이해하게 되었습니다. 활동·협동·적응·변화는 살아 있는 물질을 가장 잘 표현하는 말입니다. 이 세 분은 구조보다는 역동적인 활동과 기전을 강조하여 진정한 의미의 분자생물학의 기반을 마련하였습니다. 왕립 카롤린스카 연구소를 대표하여, 교수님들께 우리의 찬사와 축하를 전합니다. 이제 앞으로 나오셔서 전하께서 수여하시는 상을 받으시기 바랍니다.

- 왕립 카롤린스카 연구소 노벨 생리·의학위원회 스벤 가드

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자료출처
[네이버 지식백과] 효소의 유전적 조절 작용과 세균 합성에 관한 연구 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 생리 의학상, 2010. 1. 18., 바다출판사)

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