분자생물학의 역사

분자생물학

분자생물학(分子生物學, molecular biology)은 세포 내, 그리고 세포 사이에서 일어나는 생물학적 활동의 기초가 되는 분자 구조와 화학적 과정을 이해하고자 하는 생물학의 한 분야입니다. 주로 단백질과 핵산(DNA 및 RNA)에 관한 연구 중심입니다. 이 분야는 번역, 전사, DNA 복제, 단백질 생합성 및 복잡한 생체분자 상호작용과 같은 과정을 조율하는 이러한 고분자의 구조, 기능 및 상호작용을 조사합니다. 분자생물학 분야는 학제 간 연구 성격이 강하며, 생화학, 유전학, 수학, 물리학, 그리고 최근에는 컴퓨터 과학(생물정보학)의 원리에 의존합니다.

 

분자생물학의 역사

분자생물학은 생화학과 유전학의 교차점에 있습니다. 이러한 과학 분야가 20세기에 출현하고 발전함에 따라, 두 분야 모두 필수적인 세포 기능의 기초가 되는 분자 메커니즘을 결정하고자 한다는 것이 분명해졌습니다. 분자생물학의 발전은 새로운 기술의 개발 및 최적화와 밀접하게 연관되어 왔습니다.

유전학 분야는 생식과 유전의 기초가 되는 일련의 규칙, 그리고 유전자로 알려진 가상의 유전 단위의 본질을 이해하려는 시도에서 시작되었습니다. 1866년 그레고어 멘델은 완두콩의 교배 연구에서 관찰한 유전 법칙을 처음 설명하면서 이 연구를 개척했습니다. 그러한 유전 법칙 중 하나는 분리의 법칙으로, 특정 유전자에 대해 두 개의 대립 유전자를 가진 이배체 개체는 이러한 대립 유전자 중 하나를 자손에게 전달한다는 것입니다. 그의 중요한 연구 때문에 유전 연구는 흔히 멘델 유전학이라고 불립니다.

분자생물학의 주요 이정표는 DNA 구조의 발견이었습니다. 스위스 생화학자 프리드리히 미셔에 의해 1869년 이 연구가 시작되었는데, 그는 처음에 뉴클레인(nuclein)이라 불리는 구조를 제안했으며, 우리는 이를 현재 데옥시리보핵산 또는 DNA로 알고 있습니다. 그는 고름이 묻은 붕대의 성분을 연구하고 '인 함유 물질'의 독특한 특성을 주목함으로써 이 독특한 물질을 발견했습니다. DNA 모델에 대한 또 다른 주목할 만한 기여자는 피부스 레빈으로, 그는 효모에 대한 생화학적 실험의 결과로 1919년 DNA의 "폴리뉴클레오타이드 모델"을 제안했습니다. 어윈 샤가프는 1950년 레빈의 연구를 확장하여 핵산의 몇 가지 중요한 특성을 규명했습니다. 첫째, 핵산의 서열은 종에 따라 다르다. 둘째, 푸린의 총 농도는 항상 피리미딘(사이토신과 티민)의 총 농도와 같다. 이것은 현재 샤가프의 법칙으로 알려져 있습니다. 1953년 프랜시스 크릭과 제임스 D. 왓슨은 맥스 퍼루츠와 모리스 윌킨스가 전달해 준 로절린드 프랭클린의 엑스선결정학 연구를 바탕으로 DNA의 이중 나선 구조를 발표했습니다. 크릭과 왓슨은 DNA의 구조를 설명하고 이 독특한 구조가 DNA 복제의 가능한 메커니즘에 미치는 영향에 대해 추측했습니다. 크릭과 왓슨은 윌킨스와 함께 DNA 구조 모델을 제안한 공로로 1962년 노벨 생리학·의학상을 수상했습니다.

1961년에는 유전자가 단백질을 암호화할 때, 유전자 DNA의 세 개의 연속적인 염기가 단백질의 각 연속적인 아미노산을 지정한다는 것이 증명되었습니다. 따라서 유전 부호는 각 트리플렛(코돈)이 특정 아미노산을 지정하는 트리플렛 코드입니다. 또한, 코돈은 단백질을 암호화하는 DNA 서열에서 서로 겹치지 않으며, 각 서열은 고정된 시작 지점에서 읽힌다는 것이 밝혀졌습니다. 1962년에서 1964년 사이, 박테리아 바이러스의 조건부 치사 돌연변이체를 사용하여, DNA 수선, DNA 복제 , DNA 재조합 장치 및 분자 구조의 조립에 쓰이는 단백질의 기능과 상호작용에 대한 이해에 근본적인 진전이 이루어졌습니다.

 

 

세포와 기타 미세 구조는 일찍이 18세기에 생물에서 관찰되었지만, 그들의 행동을 지배하는 메커니즘과 상호작용에 대한 상세한 이해는 물리학과 화학에서 사용되는 기술이 생물 과학에 적용될 수 있을 만큼 충분히 발전한 20세기가 되어서야 나타났습니다. '분자생물학'이라는 용어는 영국 물리학자 윌리엄 애스트버리가  1945년에 처음 사용했는데, 그는 이를 생물학적 현상의 토대를 식별하는 데 초점을 맞춘 접근 방식, 즉 생물학적 분자의 물리적 및 화학적 구조와 성질을 밝혀내고, 다른 분자와의 상호작용 및 이러한 상호작용이 더 큰 규모와 더 높은 조직 수준에서 생물학적 과정을 연구하는 이른바 고전 생물학의 관찰을 어떻게 설명하는지 밝혀내는 것으로 설명했습니다. 1953년에 제임스 D. 왓슨, 프랜시스 크릭, 로절린드 프랭클린 및 카벤디시 연구소 의학연구위원회의 동료들은 데옥시리보핵산(DNA)의 화학적 구조에 대한 이중 나선 모델을 처음으로 설명했습니다. 이는 생물학적 유전의 주요 물질로서 핵산이라는 이전에 불분명했던 아이디어를 이해할 수 있는 물리화학적 기초를 제공했기 때문에 신생 분야의 획기적인 사건으로 여겨집니다. 그들은 맥스 퍼루츠와 모리스 윌킨스가 전달해 준 프랭클린의 이전 연구를 바탕으로 이 구조를 제안했습니다. 그들의 연구는 다른 미생물, 식물과 동물에서 DNA를 발견하는 것으로 이어졌습니다.

분자생물학 분야에는 과학자들이 분자 과정을 배울 수 있게 해주는 기술들이 포함됩니다. 이러한 기술들은 질병을 진단하고, 새로운 약물을 효율적으로 표적화하며, 세포 생리학을 더 잘 이해하는 데 사용됩니다. 분자생물학에서 파생된 일부 임상 연구 및 의료 요법은 유전자 치료에서 다루어지지만, 의학에서 분자생물학 또는 분자 세포 생물학을 사용하는 것은 현재 분자 의학이라고 불립니다.