세균에서 생명을 보다

[이안드레아]

"세균은 생명의 비밀을 어떻게 풀어 주었나?"
생물학의 결정적 순간에는 언제나 세균이 있었다.

“대장균에서 맞는 것은 코끼리에게도 맞다”_프랑수아 자코브

그 이전과 이후가 완전히 달라지는 순간이 있다
다시는 그 이전으로 돌아갈 수 없는 결정적 순간.
현미경으로 세균을 보고 난 후에는,
더 이상 세균 없는 세상, 세균 없는 생물학은 존재할 수 없었다.

보이지 않는 생물의 발견은 많은 것을 바꿔 놓았다. 작아서 볼 수 없던 생물을 보게 되면서 자연은 새로운 세상을 열어 주었다. 질병의 원인이 무엇인지 알려주었고, 그것을 예방하고 치료하는 방법도 보여주었다. 생물은 어디에서 시작되었고, 부모와 자식은 왜 서로 닮는지에 대한 힌트도 주었다. 이런 수많은 생물학의 지식과 응용에는 세균을 연구한 여러 과학자의 다양한 노력이 있었다.
이 책에서는 이를 몇 가지 키워드로 나눠 담아냈다. 미생물학, 그중에서도 세균학의 모든 것을 만들어 온 결정적인 연구를 모았다. “대장균에게 맞는 것은 코끼리에게도 맞다”라는 자크 모노의 말은 미생물 연구가 단지 작은 세균 연구에 그치는 것이 아니라 이 세상 모든 생명체의 비밀을 밝히는 데 앞장서고 있는 사실을 분명하게 보여준다.
생명체는 반드시 생명체에서 나온다는 파스퇴르의 발견이 채 200년이 안 되었지만, 이제는 인간이 컴퓨터의 힘을 빌려 인공 생명을 창조하려는 시도를 거듭하고 있다. 시간의 제약으로 실험할 수 없었던 진화의 미스터리는 생애 주기가 짧은 대장균을 통해 제한적이나마 그 비밀을 드러내고 있다. DNA를 비롯한 유전물질을 찾아내며 거대한 미지의 대륙을 발견한 분자생물학은 PCR과 제한효소, 유전자 가위라는 멋진 도구를 만들어 내면서 새로운 지식과 산업의 영역을 거침없이 열어가고 있다. 세균에서 밝혀진 생명의 원리가 이제는 새로운 영역으로 나아갈 준비를 하고 있는 것이다. 바로 그 경계에 서 있는 우리에게 이 책은 지난 과거와 현재 서 있는 자리, 그리고 앞으로 나갈 미지의 세상이 어디로 뻗어있는지를 함께 보여준다.

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출판사 서평

생명의 기본 원리에서
미래를 여는 첨단 연구까지,
생명의 비밀을 보여준 세균 연구의 모든 것

오늘날 우리가 알고 있는 미생물학, 그중에서도 세균학의 모든 것을 만들어 온 결정적인 연구를 한데 모았다. 저자가 항생제 내성을 연구할 수 있는 것도 바로 이들 덕분이고, 이 책을 읽을 젊은 독자들이 열어갈 세상도 바로 이 토대 위에서 시작할 것이다. 질병의 원인과 치료법을 찾아낸 과거의 세균 연구를 한눈에 돌아보고, 생물학을 새로운 산업의 원동력으로 만든 첨단 연구와 현재의 과학자를 짝지어 묶었다. 이 책을 통해 세균학 백오십년의 역사를 한눈에 돌아보고, 미래 생물학의 발전 방향도 가늠해 볼 수 있을 것이다.

"레이우엔훅의 발견 이후 펼쳐진 세균학, 혹은 세균과 관련한 연구들 중에서 가장 중요하다고 여겨지는 연구들을 소개한다. 다소 주관적인 기준에서 골랐지만, 이 연구들이 중요하지 않다고 여길 이는 거의 없으리라 생각한다. 여덟 개의 키워드로 과학자들과 그들의 연구를 묶었다. 과거의 획기적인 연구를 먼저 고르고, 그에 상응하는 최근의 연구를 쌍으로 연결하기도 했고, 서로 비교되는 연구끼리 묶기도 했다. 해당 연구 분야의 전체적인 흐름도 이야기하지만, 우선은 그 분야의 처음, 혹은 가장 중요한, 아니면 인상적인 논문을 중심으로 소개했다. 오리지널 논문을 읽고, 그 논문을 중심으로 해당 분야를 파악하다 보니 학문과 연구의 독창성과 파급력이라는 걸 더욱 깊이 생각하게 되었다. 교과서에서 요약하고 정리하여 설명하는 것과는 다른 결의 내용도 볼 수 있었다. 여기에 언급된 이들과 논문이면 세균 연구의 흐름을 파악하는 데는 충분할 거라 믿는다.”


현미경이 나오자, 세균이 보였고,
더 이상 세균이 없는 세상은 생각할 수 없게 되었다

발견은 균열이다. 그 이전으로 돌아갈 수 없을 정도로 커다란 균열이다. 그람이 세균을 염색하는 방법을 찾아내자 이후에는 그 어느 생물학자도 이전의 염색법을 사용하지 않았다. 코흐가 감염병의 원인이 특정 세균에 의한 것이라는 것을 밝혀내자, 이후에는 감염병의 원인을 세균이 아닌 다른 곳에서 찾지 않았다. 돌아갈 수 없는 강을 건넌 것이다. 토머스 브록이 물이 끓을 정도로 높은 온도에서도 멀쩡한 세균을 찾아내자, 이제는 세균이 사는 환경에 제한을 두지 않았다. 생각의 폭, 가능성의 영역이 엄청나게 확대되었다.
우리가 이 책에서 보는 사람들은 바로 이런 균열을 일으키고, 제한을 깨뜨린 사람들이다. 케리 멀리스가 PCR을 발명하자, 그 뒤로는 모든 사람들이 이 도구를 사용했다. 손바닥으로 못을 박다 둥근 돌을 이용했지만, 망치가 나오자 그 어느 누구도 손으로 못을 박지 않았다. 우리는 이렇게 ‘독기 혹은 미아즈마(miasma)’라는 과거와 단절해 질병의 원인을 세균(병원균)에서 찾았고, 쿼럼 센싱의 원리를 밝힌 후에는 세균이 서로 소통한다는 ‘사회미생물학’의 장을 열었다. 이 책은 바로 이런 세균학과 생물학의 ‘결정적 순간’에 대한 이야기다.


헬리코박터균의 발견이
노벨상을 받은 이유는

원하는 지식이 무엇인지 안다면, 아마 책 보다는 인터넷이 정보의 소스로 더 좋을 것이다. 헬리코박터균이 궁금하다면, 인터넷에 관련 단어만 치면, 어떻게 생겼는지, 어떤 특징이 있는지, 누가 찾아냈는지, 어떤 병을 일으키는지, 화면에 하나 가득 쏟아져 나올 것이다. 아마도 그 편이 책을 찾는 것보다 더 빠르고 정확할 것이다.
그럼 책에서는 무엇을 찾아야 할까? 사람의 위에 헬리코박터균이 산다는데, 그걸 발견했다고 노벨상을 준다고? 그 세균이 그렇게 찾기 어려운 것이었나? 아니면 다른 이유가 있나? 지금은 건강 검진할 때 헬리코박터균 검사도 하는데, 그게 1980년대에는 그렇게 힘든 일이었나? 보통 노벨상은 한 분야를 열어 젖힐 정도로 획기적인 연구에 주어진다고 하는데, 헬리코박터 발견도 그 정도의 연구일까? 이 발견은 어떤 함의가 있고, 병원균 연구에서 어떤 위치에 있고, 어떤 의미가 있는 걸까? 우리가 책에서 원하는 건 잘 정리된 사실을 쉽게 알려주는 것만이 아니라, 그런 사실들이 갖는 맥락과 영향, 파급 효과, 연관 관계 같은 게 아닐까? 그건 아마도 짧은 ‘세 줄 요약’만으로는 전달하기가 쉽지 않을 것이다. 책에서 원하는 게 바로 이런 것이 아닐까? 이 책에는 책만이 줄 수 있는 이런 특징을 살리려는 노력이 곳곳에 녹아 있고 스며 있다.


교양 과학서에는 왜 한국인 과학자의
연구 결과가 나오지 않을까

교양 과학서를 읽다 보면 한국인 과학자를 만날 일이 거의 없다. 아마도 교양 수준의 과학 도서라는 것이 교과서 수준의 검증된 이야기를 다루고 있다보니, 그 정도의 대가가 아직 우리에게 없기 때문일지도 모른다. 그런데 챕터 하나 소제목 하나를 차지할 정도의 유명 과학자나 공학자가 아니더라도, 어느 정도 검증 받은 과학자라면 교양 수준의 과학도서에는 충분히 나올 만하지 않을까 싶은 생각도 든다. 설명의 근거로 외국의 연구 결과를 자주 인용하는 걸 보는데, 비슷한 수준의 결과를 내놓는 한국 과학자는 분야마다 꽤 여러 분이 있을 것이다. 우리의 대학과 연구소에도 실력 있는 연구자가 많고, 연구와 실험을 할 수 있는 공간과 예산도 적지 않다고 들었다. 그런데 왜 우리나라 과학자의 이름은 없을까? 신문 기사나 방송을 보면 우리나라 연구자들이 논문도 많이 내고 주목 받는 결과도 곧잘 내는데, 왜 교양 과학서에는 미국, 영국, 독일, 프랑스, 일본, 중국 사람의 이름만 나올까? 브라질이나 인도 사람도 적지 않게 나오는데, 왜 한국 사람은 나오지 않을까? 외국에서 박사 과정이나 박사후연구원으로 일하고 공부할 때 발표했던 논문 중에도 주목할 만한 결과는 적지 않을 텐데 말이다. 그런데 왜 이들 연구는 국내 저자의 교양 과학서에 언급이 되지 않는 걸까?
교양 과학서를 쓰는 국내 저자들이 동료나 선후배 과학자의 이름을 잘 넣지 않는 걸까? 이유는 여러가지겠지만, 다른 여러 나라의 학자들이 다 등장해도 우리나라 사람은 그렇게 많이 나오지 않는다는 것만은 분명하다.
그런데 이 책에는 활발한 활동을 벌이고 있는 국내 과학자들의 연구 결과가 여럿 나온다. 반갑고 친근하다. 이렇게 기왕이면 우리나라 저자의 글을 인용하고 언급해 주는 게 좋지 않을까? 언급할 만한 내용이 없으면 모를까, 비슷한 연구 결과일 때 국내 연구자가 했다고 하면 관심이 먼저 가고, 흥미가 한층 이는 건 우리나라 독자라면 누구나 그럴 것이다. 이 책에는 대장균 장기 진화 실험으로 잘 알려진 리처드 렌스키 교수를 소개하며, 연세대 김지현 교수가 렌스키 교수와 함께 연구했던 내용이 나온다. 쿼럼 센싱과 관련해서도, 항생제 내성을 설명하는 장에서도, 마이크로바이옴의 연구 결과를 소개할 때도 국내 학자가 나온다. 이제 국내 연구자 중에도 일반인을 위한 글을 쓰는 분이 점점 늘고 있으니, 그들의 동료 선후배 이야기도 차츰 많아지지 않을까 기대된다.

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목차

들어가며
네덜란드의 한 포목점에서 시작되다 | 세균에 관한 결정적 연구들
1부 생명 LIFE
1장 모든 생명체에는 부모가 있다 - 루이 파스퇴르의 생물속생설
생물은 어디에서 오는가 | 자연발생설과 생물속생설 | 백조목 플라스크 실험 | 원하는 결과에 맞춘 실험이긴 하지만
2장 인간, 신의 위치를 넘보다 - 크레이그 벤터의 인공 생명체 합성
"빨리 하라. 발견은 기다려 주지 않는다” | 인공 생명체를 창조하다 | 자연에 없는 능력을 가진 생물을 만들고 싶다
2부 질병 DISEASE
3장. 세균이 질병의 원인이다 - 로베르트 코흐의 병원균 최초 발견
피부가 까맣게 썩는 탄저병 | 탄저균이 탄저병을 일으킨다는 사실을 증명하다
4장. 이 병도 세균 때문이라고 - 배리 마셜의 헬리코박터균 발견
보았으나 발견되지 않은 세균 | 발견의 시작 | 거절당한 논문 | 스스로 기니피그가 되어 증명하다 | 헬리코박터 파일로리의 발견 이후
3부 치료 THERAPY
5장. 인류, 감염병에 맞설 무기를 갖다 - 알렉산더 플레밍의 페니실린 발견
곰팡이 주위에 죽어 있는 세균을 보다 | 페니실린 논문에는 무슨 곰팡이인지 나오지 않는다 | 플레밍은 페니실린으로 무엇을 하려고 했을까 | 푸른곰팡이와 페니실린의 탄생 신화 | 누가 뭐라 해도, 수많은 생명을 살린 위대한 발견
6장. 새로운 항생제 찾기와 세균 잡는 바이러스 - 킴 루이스의 테익소박틴과 프레더릭 트워트의 파지 요법
새로운 항생제, 테익소박틴은 어떻게 찾아냈을까
세균 잡는 바이러스, 박테리오파지
_ 박테리오파지를 발견하다 | _ 파지의 최초 발견자를 둘러싼 논란 | _ 독성과 부작용이 없는 파지 요법
4부 분류 CLASSIFICATION
7장. 세균을 구별하다 - 한스 크리스티안 그람의 세균 염색
세균 관찰의 기본이자 분류의 표준 | 세포벽의 두께에 따라 염색이 달라지다 | 단순한 관찰 도구를 넘어 진화적인 생물 구분까지 | 그람 염색법의 원리와 한계 | 세균의 관찰과 분류는 물론 항생제 처방의 필수 정보로
8장. 세균은 한 종류가 아니다 - 칼 우즈의 고세균 발견
"실질적 가치는 거의 없는 연구” | 염기서열을 비교해 생물을 나누어 보자 | 리보솜 RNA는 진화의 시간을 측정하는 분자시계 | '명예 노벨상'을 수여합니다
5부 분자생물학 MOLECULAR BIOLOGY
9장. DNA가 유전물질이다 - 오즈월드 에이버리의 형질전환 실험
그리피스의 폐렴구균 실험 | “예측 가능하고 유전적인” 변화를 일으키는 물질 | 100퍼센트 인정받지 못한 연구 | 허시와 체이스의 파지 실험으로 종지부를 찍다
10장. 유전자는 어떻게 작동하는가 - 프랑수아 자코브와 자크 모노의 오페론 발견
나치에 저항한 레지스탕스, 프랑수아 자코브 | ’우연과 필연', 자크 모노 | 유전자 조절 메커니즘을 밝혀내다 | '낮의 과학'과 '밤의 과학'
6부 진화 EVOLUTION
11장. 세균에도 성(性)이 있다 - 조슈아 레더버그의 대장균 접합 현상 발견
세균이 유전 정보를 주고 받는 방법들 | "대장균에서 성 활동이 일어난다” | 22살에 이룬 업적으로 받은 노벨상 | 남편 옆에서 빛바랜 에스더 레더버그의 과학적 성취 | 수평적 유전자 전달 현상의 의학적ㆍ진화적 의미
12장. 진화를 실험실에서 보여 줄게 - 리처드 렌스키의 대장균 장기 진화 실험
장기 진화 실험의 시작 | 대장균에는 어떤 일이 일어났을까 | 사람은 바뀌어도 연구는 계속된다
7부. 생명공학 BIOENGINEERING
13장. 이젠 너무나도 친숙한 기술, PCR - 케리 멀리스의 PCR 개발과 토머스 브록의 호열성 세균 발견
PCR은 DNA 분자를 증폭한다 | 여자 친구와 드라이브하다 떠오른 아이디어 | 호열성 세균의 발견으로 실험실의 필수 도구가 된 PCR | 잘못 활용된 노벨상의 권위
14장. 세균의 면역 도구가 최첨단 생명공학 기술로 - 해밀턴 스미스의 제한효소와 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나의 크리스퍼
제한효소는 무엇을 ‘제한’한다는 걸까 | 바이러스에 감염되지 않는 세균에서 찾아낸 제한효소 | 크리스퍼는 세균의 후천 면역 체계 | '크리스퍼'라는 반복 서열의 발견 | 다우드나와 샤르팡티에가 '발명'한 유전자 가위
8부. 소통 COMMUNICATIONN
15장. 세균은 서로 소통한다 - 우들런드 헤이스팅스의 쿼럼 센싱
세균이 동시에 빛을 낼 수 있는 이유 | 세균은 어떻게 빛을 내는가 | 쿼럼 센싱이 보여 준 세균의 사회성
16장. 더불어 사는 미생물 - 제프리 고든의 마이크로바이옴 연구
미생물과 우리 몸 대사 활동의 상호작용 | 내가 뚱뚱한 게 장내 세균 때문이라니 | 장을 넘어 뇌로 넓혀진 마이크로바이옴 연구
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