DNA가 유전물질이라는 사실은 어떻게 알아냈을까?

>> 1842년: 네겔리의 염색체 발견
염색체는 카를 빌헬름 폰 네겔리(Carl Wilhelm von Nägeli)(스위스, 1817~1891)에 의해 최초로 논문을 통해 발표되었다(그 후 1875년에 E. 슈트라스부르거, 1880년에 W. 플레밍 등에 의해서 확인됨).

 

>> 1865년: 멘델의 유전법칙 발견

  그레고어 멘델(Gregor Johann Mendel)(오스트리아, 1822-1884)은 완두콩 실험을 통해 유전에 관여하는 인자(=유전자)가 실재한다는 것을 증명하였다.

 

 

>> 1869년: 미셰르의 핵산 분리

 요하네스 프리드리히 미셰르(Johannes Friedrich Miescher)(스위스, 1844-1895)는 백혈구(White blood cell) 핵(Nucleus)에서 최초로 핵산(Nuclein → Nucleic acids)을 분리하였다. 핵산은 뉴클레오티드(Nucleotides)가 중합된 고분자 물질로, DNA 또는 RNA를 가진다.

 

 

>> 1800년대 후반까지 밝혀진 것

 '유전정보'를 담고 있는 단위를 유전자(Gene)라고 한다. 유전자는 염색체의 일부분이며, 염색체는 DNA와 단백질로 이루어져 있다. 당시 사람들은 4개의 염기(Adenine, Thymine, Cytosine, Guanine)로 구성되는 DNA가 아닌 20개의 아미노산으로 더 다양한 조합이 가능한 단백질이 유전물질이라고 생각했다.

 

 

>> 1928년: 그리피스의 실험(Griffith's Experiment)을 통한 형질전환 발견

 사망의 주원인이었던 폐렴균에 대한 백신을 개발하던 프레더릭 그리피스(Frederick Griffith)(영국, 1877-1941)는 2가지 계통의 폐렴쌍구균(Streptococcus pneumoniae)을 이용하여 실험을 진행하였다. 하나는 병원성이 강한 S계통(Smooth strain, Wild)이고, 하나는 병원성이 약한 R계통(Rough strain, Mutant)이다. (S계통은 두꺼운 캡슐(Capsule)에 싸여져서 표면이 매끈하고, R계통은 캡슐이 발달되지 않아 표면이 거칠다.) 쥐에게 두 계통의 균을 단독으로 주입하였을 때 각각의 결과는 다음과 같다.

1) 쥐에게 살아있는 R계통의 균을 주입하였을 때 → 생존

2) 쥐에게 살아있는 S계통의 균을 주입하였을 때 → 사망

3) 쥐에게 죽어있는 S계통의 균을 주입하였을 때 → 생존

 

 죽어있는 균이란 건 고온처리를 통해 사멸시킨 것이다. 그렇다면 쥐에게 살아있는 R계통의 균과 죽어있는 S계통의 균을 혼합하여 주입했을 때, 그 결과는 어떨까? 살아있는 R계통의 균을 단독 주입하였을 때와 죽어있는 S계통의 균을 단독 주입하였을 때 모두 생존하였으니 혼합했을 때도 생존할 것이라 예상하였다. 그런데 실제로는 쥐가 폐렴에 걸려 사망하는 결과가 나타났다. 이를 통해 도출할 수 있는 사실은 살아있는 R계통의 균이 죽어있는 S계통의 균의 무언가에 의해 변화하였다는 것이다. 다른 말로, 살아있는 R계통의 균이 죽어있는 S계통의 균으로부터 유래한 어떤 물질(또는 정보)에 의해 형질전환된 것이다. 그리고 그 어떤 물질은 열에 쉽게 변형되는 단백질과는 달리 고온을 견딜 수 있다는 것이다.

 

 

>> 1944년: Avery, MacLeod, McCarty의 발견

 오즈드 에이버리(Oswald Avery)(미국, 1877-1955)는 동료들과 함께 그리피스의 실험을 기반으로 단백질과 핵산 중 어느 것이 유전물질인지 알아내기 위한 실험을 설계하였다. 열처리로 죽은 S계통의 균에 DNase, RNase, Proteinase를 각각 첨가하여 DNA, RNA, 단백질을 제거한 후 R계통의 균을 혼합하여 쥐에게 주입하였다. 그 결과 DNA가 제거된 경우에만 생존하였다. 이를 통해 S계통의 균으로부터 R계통의 균의 특성을 변화시킨 물질이 DNA이며, DNA가 유전물질임을 밝혀냈다.또한 시험관 내에서도 DNA 재조합을 통해 생물의 유전적 특성이 변한다는 사실을 알아냈다.

 

 

>> 1952년: Hershey-Chase의 실험

 알프레드 허쉬(Alfred Hershey)(미국, 1908-1997)와 마사 체이스(Martha Chase)(미국, 1927-2003)는 에이버리와 다른 방법으로, 세균(Bacteria)을 감염시키는 바이러스(Bacteriophage)를 이용하여 DNA가 유전물질임을 증명하였다. 파지(Phage)는 자체적으로 복제할 수 없고 숙주세포(Host cell)을 통해 복제되는데, 파지가 복제에 사용하는 물질에 DNA인지 단백질인지 확인한 것이다. 이 실험을 통해 DNA가 유전물질임이 확신시 되었다.

 

 

>> 1953년: DNA의 이중나 구조

 프랜시스 크릭(Francis Crick)과 제임스 왓슨(James Watson)에 의해 DNA의 구조가 밝혀졌고, 염기 배열이 유전정보를 담고 있다는 걸 알게 되었다.