분자생물학(molecular biology)에 대해 이해하기(2)

분자생물학의 빠른 발전

 

 

모델 시스템과 여러 새로운 방법을 이용한 직접적인 실험은 분자생물학의 빠른 발전을 뒷받침하였다. 분자생물학이 발전함에 따라 과학적 개념을 정립하기 위한 다양한 과정들이 도출되었으며 이런 과정에 의해 오늘날의 분자생물학자들은 연구를 진행하고 있다. 비록 이런 사고 과정이 분자생물학자들의 전유물은 아니지만 대부분의 분자생물학자들은 매일매일 연구결과를 수집하고 그 결과들을 분석, 정리하고 새로운 필요한 실험을 고안하는 과정에서 이런 사고 과정을 이용하고 있다. 다음은 분자생물학적 논리를 구성하는 요인들의 예를 살펴보기로 하자.

 

 

효율적인 주제선정

 

지구 상에 생물이 존재하기 시작한 이래 수억 년간, 생물들은 제한된 자원을 가진 환경에서 살아남기 위해 경쟁해 왔으며, 이 과정에서 가장 능률적인 시스템을 가진 종들이 살아남았다. 따라서 어떤 기작 또는 반응과정을 이해하기 위해서 분자생물학자들은 복잡하고 인위적이며 다루기 힘든 시스템을 연구하기보다는 직관적으로 가장 간단하고 능률적인 시스템을 연구대상으로 선호한다. 이런 연구방법은 세균의 대사경로, RNA, DNA 단백질 합성의 분자 수준에서의 기작과 함께 박테리오파지의 생활사를 이해하는데 매우 유용하였다. 그러나 다세포 생물인 고등 동, 식물의 경우 각 개체를 이루는 세포 사이에는 세균의 경우와 같은 세포 간의 생존을 위한 경쟁이 존재하지 않는다. 그러므로 세균의 경우와 같은 간단하고 효율적인 대사 기작이 모든 고등생물 세포에서 발견되는 것은 아니다.

 

 

계통적인 역사

 

한 기작이 왜 이런 특정한 방식으로 이 생물체에서 작용하는가를 이해하고자 하는 경우, 연구자들은 연구대 상보다 더 진화된 생물 또는 더 원시적인 생물체가 수행하는 비슷한 기작과 비교하는 경우가 자주 있다. 종의 분화는 생물체가 수행하는 분자 수준의 작용기작의 변화에 의한 결과인 경우가 자주 있으며, 진화적으로 다양한 종사이에서 일어나는 유사한 반응기작을 비교하여, 생물학자들은 분자생물학적인 작용기작에 대하여 더 깊게 이해할 수 있다.

 

 

계량적인 평가

 

 분자생물학자들은 항상 계량적인 관계를 조사한다. 제안된 기작 또는 가설의 적합성을 판단하기 위한 분자수준의 작용기작을 규명하는 일련의 과정은 시간, 화학적 균형, 그리고 공간적인 물질의 이동에 대한 계량적인 평가가 언제나 지속적으로 수행되어야 한다. 때로는 제안된 대사경로나 체계가 계량적인 평가에 근거하여 인정되거나 반대로 무시되는 수도 있다.

 

 

 

모델의 설립

 

모델은 복잡한 가설을 쉽게 이해될 수 있는 형태로 전환하여 설명하고자 한다. 이런 의미에서 모델은 개념적인 본질을 나타내는 것이며 단백질 구조 조립 모형과 같은 것을 의미하는 것은 아니다. 예를 들면 특정 항원이 어떻게 면역계를 자극하여 이 항원에 결합하는 항체를 생산하는 가에 대하여는 몇 가지 모델이 개발되어 있다. 모델은 이 모델이 제안하는 바를 실험에 의해 입증할 수 있는 경우에만 좋은 모델로 인정되며, 이는 거의 모든 가설에 적용된다. 따라서 분자생물학자들은 새로운 실험적 결과에 의해 자기 자신이 세운 모델을 지속적으로 개선. 개량하여야 한다.

 

 

유사 시스템과의 비교

 

분자생물학자들은 생물체의 기본 현상의 보편성을 강하게 신봉하고 있으므로, 때로는 새로운 분자생물학적 작용기작을 이해하기 위한 첫 단계로 박테리오파지와 같은 간단한 시스템에서 이미 알려진 현상에 대한 설명을 포유동물에서 일어나는 비슷한 현상을 설명하기 위해 직접 적용하기도 한다. 그러나 이런 방법이 항상 성공하는 것은 아니다. 예를 들면, 진핵세포의 mRNA의 합성 및 가공기 작은 세균과는 본질적으로 다르다. 그럼에도 불구하고 많은 경우, 새로 발견된 분자생물학적 현상은 우선 이미 규명된 비슷한 현상을 이용하여 설명되어진다.

 

 

바른 추론

 

다른 모든 학문과 같이 분자생물학도 사람이 하는 일이다. 따라서 직관-여기에서 사용되는 의미로는 의식적이고 세심한 이론적인 근거에 의하지 않고 경험과 상식에 근거한 일종의 이해력- 이 특정한 분자생물학적 현상의 일차적인 설명을 위해 또는 기본적인 모델의 설립을 위해 이용된다. 바른 추론은 한 현상에 대한 여러 다른 가능성을 배제하고 단 하나의 가능성을 제시하고 그리고 실험에 의해 하나씩 틀린 가능성을 제거해 나가야 한다. 이렇게 얻은 최후의 추론 즉, 실험에 의해 배제되지 않고 우리의 상식에 적합한 대안은 정확한 것이라고 생각할 수 있다. 이런 추론적인 연구방법은 많은 경우 실험적인 결과를 설명함에 있어 "it is likely that" 이란 용어가 일상적으로 사용되게 한다.

 

 

낙관주의

 

낙관주의는 분자생물학적 사고 과정의 핵심적인 특징이다. 즉 한 과정을 그 과정을 이루는 최소 단위로 나누어 연구하는 환원주의적인 연구방법이 앞으로도 계속해서 성공적인 결과를 가져올 것이라는 것이 이 낙관주의의 기본적인 신조이다. 실제로 많은 분자생물학자들은 세포의 기능뿐 아니라, 사람의 행동과 같은 복잡한 생물학적 현상 역시 이 과정에 관여하는 분자들의 기능을 이해하여 설명될 수 있다고 믿는다. 분자생물학의 신속한 발전으로 세포 구성성분의 구조와 기능에 대한 자세한 정보를 가진 수천 권의 책이 발간되었으며, 이들 자세한 정보들을 쉽게 이해할 수 있도록 체계화하는 일은 분자생물학 자을 공부하기 시작하는 학생뿐 아니라 숙련된 분자생물학자들에게도 매우 어려운 일이다. 분자생물학의 실용적인 지식을 체계화한 책을 만들기 위해서는 주의 깊게 분자의 구조와 기능에 대한 상세한 정보를 수록함과 함께 이들을 개괄하는 것이 필요하다.