DNA 구조 규명과 유전 물질 연구의 역사

핵심 정리

유전 물질 연구에서는 단백질과 DNA 중 어느 물질이 유전 정보를 담는지 밝히려 했다. 세균의 형질 전환 현상을 다룬 실험들은 형질 전환을 일으키는 물질이 DNA라는 결론으로 모였다. 에이버리의 실험에서는 단백질 분해 효소로 처리해도 형질 전환이 일어났다. 단백질을 분해한 뒤에도 형질 전환이 일어났으므로 단백질 이외의 물질이 원인이라고 볼 수 있었다. 이는 DNA가 유전 물질이라는 설명을 뒷받침했다. 이후 허시와 체이스의 박테리오파지 실험으로 DNA가 유전 물질이라는 사실이 학계에서 받아들여졌다.

DNA의 구조는 X선 회절 사진을 활용하여 밝혀졌다. 왓슨과 크릭은 이 자료를 바탕으로 DNA의 이중 나선 구조를 제시하였다. 왓슨과 크릭은 DNA가 이중 나선 구조임을 밝혔다. 구조가 밝혀지면서 DNA가 어떻게 복제되고 정보를 보관하는지에 대한 이해가 넓어졌다.

유전자가 염색체에 있다는 사실은 초파리 실험에서 먼저 확인되었다. 초파리 실험으로 유전자가 염색체에 있음을 밝힌 과학자는 모건이다. 모건은 유전자가 염색체의 일정한 위치에 존재함을 밝혔다. 이 실험은 DNA 이중 나선 구조 규명보다 먼저 이루어졌다.

유전자가 실제로 어떤 물질로 이루어졌는지 밝히는 연구가 이어졌다. 염색체의 한 부분인 DNA에 유전자가 있다는 실험 결과가 쌓이면서, 유전 물질의 화학적 본질을 설명하는 분자유전학이 발전하였다. 마지막으로 DNA를 증폭하는 기술이 개발되어 DNA 연구의 도구가 되었다. PCR은 멘델이 아니라 1980년대 멀리스가 고안한 DNA 증폭 기술이다.

자세히

유전 물질 연구는 세균과 바이러스를 실험 재료로 쓰면서 본격화되었다. 세균은 빠르게 증식하고 형질의 변화가 뚜렷하게 나타나서 실험에 적합했다. 그리피스는 폐렴균의 형질 전환을 관찰하였고, 이 현상이 어떤 물질에 의해 일어나는지가 다음 과제가 되었다. 에이버리와 동료들은 그리피스의 실험을 더 정교하게 설계하였다. 그들은 세균 추출물에서 단백질, DNA 등 성분을 따로 분리하여 처리하였다. 이때 단백질 분해 효소로 처리해도 형질 전환이 일어났다. 당시에는 단백질을 유전 물질로 보는 견해가 강했다. 따라서 이 결과가 곧바로 받아들여지지는 않았다.

이 실험에서 쓰인 세균은 원핵세포이다. 세균의 세포벽 성분인 펩티도글리칸은 원핵세포에 존재한다. 원핵세포는 핵막이 없고 유전 물질이 세포질에 있다. 대장균 등 원핵세포의 유전 물질은 히스톤과 결합하지 않은 원형 DNA이다.

다음 단계는 DNA 분해 효소를 이용한 확인이다. DNA 분해 효소는 DNA를 분해하여 형질 전환을 억제한다. 형질 전환은 DNA가 있을 때만 일어나므로 DNA 분해 효소를 처리하면 일어나지 않는다. 두 실험을 비교하면 다음과 같다.