1910년 노벨 생리의학상 — 알브레히트 코셀

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DNA 이중나선이 발견되기 43년 전에 이미 그 안의 알파벳을 알아낸 사람이 있었다는 것, 그리고 그 알파벳이 지금 우리가 아는 A·G·C·T·U라는 사실을 이해하게 됩니다.

DNA를 알기 전에 A·G·C·T·U가 있었다

우리는 DNA를 "이중나선"으로 기억합니다. 왓슨과 크릭이 1953년 그 구조를 밝힌 이야기가 워낙 유명해서, 그 이전을 상상하기가 어렵습니다.

그런데 이런 질문을 해 봅시다: 왓슨과 크릭은 이중나선이 어떤 재료로 이뤄져 있는지는 어떻게 알았을까요? 그들이 X선 이미지에서 본 것은 "패턴"이지 "성분표"가 아니었습니다. 그 재료 리스트 — 아데닌·구아닌·시토신·티민·우라실 — 는 이미 반세기 전에 다른 사람이 만들어 놓았습니다.

그 사람이 코셀입니다. 그는 1910년 노벨상 강연에서 이렇게 말합니다: "나는 세포 핵의 화학적 성분을 알아냈습니다. 이것들이 무엇에 쓰이는지는 다음 세대가 알아낼 것입니다."

이 문장이 무섭습니다. 자기가 발견한 것의 진짜 의미는 다음 세대에 넘길 줄 아는 사람의 문장이기 때문입니다.

시대의 풍경 — 대한제국이 사라진 해

1910년은 특별한 해입니다. 8월 29일, 대한제국이 사라졌습니다. 한일병합조약이 체결되면서 500년 왕조와 대한제국이라는 국호가 지도에서 지워집니다.

바로 그 시기 유럽에서는 코셀이 "세포 핵 안의 화학"으로 노벨상을 받고 있었습니다. 한국사가 나라를 잃는 계절에, 독일 화학은 세포 안의 우주를 지도로 만들어가고 있었던 것입니다. 이 격차가 이후 수십 년의 조선-일본 관계, 그리고 한국이 과학기술에 대해 갖게 되는 태도의 한 뿌리가 됩니다.

시대적 배경을 더 넓게 보면, 1910년은 유럽 화학의 벨 에포크 마지막 해입니다. 4년 뒤 1차 세계대전이 터지면서 이 황금기는 산산조각 납니다. 하버가 질소 고정을 발명한 것이 1908년, 아인슈타인의 특수상대성이 1905년, 러더퍼드의 원자핵 발견이 1911년입니다. 원자에서 세포 핵까지, 자연의 미시 세계 전체가 처음으로 화학의 언어로 기술되기 시작한 시기였습니다.

의학사 관점에서 이 시대의 특징은 "임상에서 실험실로" 의 이동입니다. 파스퇴르-코흐의 세균학이 자리 잡은 뒤, 다음 세대 과학자들은 세포 안 더 깊은 곳으로 내려갑니다. 코셀은 그 최전선의 인물이었습니다.

인물 서사 — 스승의 유산을 정리한 화학자

코셀의 이야기는 그의 스승 프리드리히 미셔(Friedrich Miescher) 로부터 시작해야 합니다.

1869년, 미셔는 병원의 고름에서 붕대를 걷어내어 백혈구 핵을 분리하고, 그 안에서 새로운 물질을 뽑아냅니다. 인(phosphorus)이 유난히 많은, 그때까지 알려지지 않은 산성 물질이었습니다. 미셔는 이것을 "뉴클레인(nuclein)" 이라 이름 붙였습니다. 오늘날 우리가 아는 핵산(nucleic acid) 의 첫 발견입니다.

문제는 미셔가 이것이 무엇인지 알지 못했다는 것입니다. 그는 이 물질이 "세포 핵 안에 있고, 인이 많다"는 것까지만 밝히고 세상을 떠납니다. 뉴클레인은 정체불명의 흑상자로 남았습니다.

여기서 코셀이 등장합니다. 그는 1853년 독일 로스톡에서 태어나, 스트라스부르크 대학에서 화학을 전공한 뒤 슈트라스부르크 생리학연구소의 호페 자일러(Felix Hoppe-Seyler) — 미셔의 스승 — 밑에서 일하게 됩니다. 자연스럽게 뉴클레인 문제를 물려받습니다.

그의 접근은 스승들과 달랐습니다. 미셔가 "이 물질이 존재한다"에서 멈췄다면, 코셀은 "이 물질을 부품으로 분해하겠다" 는 목표를 세웠습니다. 소프트웨어로 치면 미셔는 컴파일된 바이너리를 발견한 사람이고, 코셀은 그것을 디스어셈블(disassemble) 하려 한 사람입니다.

그의 실험실은 극도로 인내가 필요한 곳이었습니다. 뉴클레인 몇 그램을 얻으려면 송아지 흉선 킬로그램 단위가 필요했습니다. 그 물질을 산과 알칼리로 조금씩 가수분해하면서, 나오는 조각들의 결정을 관찰하고, 원소 분석을 하고, 특성을 기록하는 일을 20년 넘게 반복합니다.

핵심 업적 — 세포 핵의 알파벳을 정의하다

다섯 개의 염기: A·G·C·T·U

코셀이 뉴클레인에서 뽑아낸 결정들은 다음과 같았습니다:

1. 아데닌(adenine, 1885년) — 그리스어 아덴(선腺)에서 유래. 그가 이름 붙였습니다
2. 구아닌(guanine, 이전에 알려짐 → 코셀이 뉴클레인 성분임을 증명)
3. 시토신(cytosine, 1894년) — "세포"에서 유래. 코셀 명명
4. 티민(thymine, 1893년) — "흉선(thymus)"에서 유래. 코셀 명명
5. 우라실(uracil, 1900년) — 그의 학생 아셔가 발견에 참여

이 다섯 물질은 오늘날 우리가 아는 핵산의 다섯 염기입니다. DNA의 알파벳은 A·G·C·T, RNA의 알파벳은 A·G·C·U. 이 알파벳 자체를 누가 처음 세상에 내놓았는가라는 질문의 답이 코셀입니다.

여기서 CS 비유가 자연스럽게 들어맞습니다. 코셀이 한 일은 알려지지 않은 파일 포맷을 리버스 엔지니어링한 것과 같습니다. 뉴클레인이라는 바이너리 덩어리를 손에 넣고, 그 안의 반복되는 패턴들을 하나씩 분리해서, 이 포맷의 문자 집합(character set) 을 정의한 셈입니다. 아직 그 문자들이 어떤 문법으로 조합되는지, 어떤 프로그램을 실행시키는지는 몰랐지만, "이 언어는 다섯 글자로 이뤄져 있다" 는 것을 확정했습니다.

다만 이 비유는 여기서 깨집니다. 소프트웨어 리버스 엔지니어링은 원래 설계 문서가 어딘가 존재하고, 우리는 그것을 재구성하려는 것입니다. 하지만 코셀에게는 설계 문서 자체가 없었습니다. 그가 알아낸 것은 자연이 "우연히" 진화시킨 시스템의 문자 집합이었습니다. 이것은 리버스 엔지니어링이 아니라 최초의 스펙 문서 작성에 가깝습니다. 자연이 사용해 온 언어를, 인간이 처음으로 문서화한 사건입니다.

단백질도 함께: 히스톤과 프로타민

코셀의 업적은 핵산만이 아닙니다. 그는 세포 핵 안에서 염기성 단백질 두 종류도 분리해 냅니다:

• 히스톤(histone) — DNA를 감아 두는 단백질. 오늘날 유전자 발현 조절의 핵심
• 프로타민(protamine) — 정자 핵에서 DNA를 극도로 압축하는 단백질

당시에는 이 단백질들이 왜 핵에 있는지 몰랐습니다. 코셀은 그저 "핵산과 함께 발견된다"고 기록만 남겼습니다. 그런데 이 관찰이 100년 뒤 후성유전학(epigenetics) 의 뿌리가 됩니다. 히스톤 아세틸화, 메틸화 — 우리가 지금 논문에서 매일 보는 그 히스톤이, 코셀의 실험실에서 처음 세상에 소개된 그 물질입니다.

"이것들이 무엇에 쓰이는지는 다음 세대가"

코셀의 노벨상 강연에는 놀라운 겸손이 있습니다. 그는 자기가 뉴클레인의 화학적 성분을 다 밝혔지만, 그것들이 세포에서 무엇을 하는지는 모른다고 인정합니다. 그리고 "다음 세대가 알아낼 것"이라 말합니다.

이 문장은 예언이 됩니다. 정말로 다음 세대 — 1928년 그리피스의 형질전환 실험, 1944년 애버리의 DNA 유전물질 증명, 1953년 왓슨-크릭의 이중나선 — 가 코셀의 알파벳에 의미를 부여합니다. 그 A와 T가 서로 짝짓고, 그 G와 C가 서로 짝짓는다는 것, 그리고 그 서열이 유전 정보를 담는다는 것 말이죠.

CS 비유로 마무리하면, 코셀은 문자 집합만 정의하고 문법은 후세에 남긴 언어학자입니다. 유니코드 컨소시엄이 코드포인트만 배정하고, 프로그래밍 언어의 문법 설계는 언어 설계자에게 맡기는 것과 비슷합니다.

왜 중요한가

코셀의 발견이 없었다면 왓슨과 크릭도 없습니다. 아니, 더 정확히 말하면, 이중나선을 이해할 어휘 자체가 없었을 것입니다.

"아데닌은 티민과 두 개의 수소결합을 만들고, 구아닌은 시토신과 세 개의 수소결합을 만든다" — 이 문장은 왓슨-크릭이 쓴 것이지만, 이 문장의 명사 다섯 개(아데닌·티민·구아닌·시토신·수소결합) 중 앞의 네 개는 모두 코셀의 발명품입니다.

더 큰 의미는 분자생물학이라는 학문 자체가 시작된 사건이라는 점입니다. 코셀 이전에 생물학은 형태의 학문이었습니다. 어떻게 생겼는가, 어떻게 자라는가, 어떻게 움직이는가. 코셀 이후에 생물학은 분자의 학문이 됩니다. 무엇으로 이뤄져 있는가, 그 분자들이 어떻게 상호작용하는가. 이 전환의 첫 걸음이 뉴클레인의 성분표였습니다.

그리고 우리에게 남긴 교훈이 있습니다. "성분을 아는 것과 기능을 아는 것은 별개다" 라는 사실입니다. 코셀은 40년 걸려 성분을 알아냈고, 인류가 그 성분의 기능을 알아내는 데 다시 40년이 걸렸습니다. 오늘 우리가 게놈 시퀀싱으로 유전자 서열을 다 읽어냈다고 해서 생명을 이해했다고 말할 수 없는 이유와 같습니다. 서열은 알파벳이지, 문학이 아닙니다.

뉴클레인 분해에서 발견된 다섯 염기와 그 계보 요약: 코셀은 송아지 흉선의 뉴클레인을 산 가수분해하여 퓨린(아데닌·구아닌)과 피리미딘(시토신·티민·우라실)을 분리해냈습니다. 이 다섯 문자는 오늘날의 DNA(A·G·C·T)와 RNA(A·G·C·U)의 알파벳이 됩니다.

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