초파리의 돌연변이는 무엇이길래 노벨상이 많이 나왔나?! 초파리로 만든 유전자 지도! 과연 그 의미는?! (중동고등학교 안주현 선생)

실제 그 안테나 페디아 돌연변이 사진이거든요 제가 교배에서 만들었어요 제가 찍은 사진입니다 아 너무 상요 해맑게 제가 찍었어요 제가 만들었습니다 제가 찍었어요 제가 유전자 조작해서 만들어서 찍었는데 인사할 시간도 많습니다 여러분의 시간을 낭비해 드릴 느리지만 꾸란과 랩 미팅입니다 반갑습니다 교수님 안녕하세요 반갑습니다 그런데 저런 수많은도 이들을 이제 관찰하고 교배 실험을 하고 하다 보니까이 영특한 제자가 무슨 제한을 하게 되냐면 어 유전자 지도를 그릴 수 있겠다 오 자 원리는 어떻게 되냐면 실 같은게 있다고 생각해 보면 실이 두 가닥이 있어요 실이 이렇게 놓여져 있고 실 위에 어떤 뭐 점점 점이 찍혀 있어요음 그죠 근데 실이 길고 a b c고 했을 때 a b 사이는 짧고요 b c 사이는 되게 길어요 간격이 그러면은 만약에이 실이 엉킬 수도 있 라고 가정했을 때 a b 사이에서 엉킬 확률과 b c 사이에서 엉킬 확률 중에 어디가 더 높을까요 B 아고 c b 아고 c b 아고 C 사이에서 훨씬 더 많은 꼬임이 일어날 수 있어요 왜냐하면 사이가 뭐니까 요런 데서 아이디를 얻은 거예요 이거를 다시 초파리로 치환을 해서 설명을 해 보면 어떤식이냐면 유전자라는게 만약에 염색 체위에 일렬로 있다면 그들 사이에 간격이라는게 존재할 거고 그럼 어떤 유전자는 서로 더 가까이 있을 거고 어떤 유전자는서 멀리 있지 않을까 요런 생각을 하게 된 거죠 근데 우리가 눈으로 확인할 순 없기 때문에 초파리를 이용해서 실험에서 검증을 해 보려고 해요 어떻게 초파리로 할 수 있었냐면 초파리는 강력한 무기가 있는게 교배하는 무기가 있었습니다 그게 무기가 돼요 왜 무기가 되냐면 당시에는 유전자 조작 기술이라는게 없었어요 요즘이야 사실 유전자 가인이 뭐니 많이들 들어보셨겠지만 당시에는 유전자를 뭐 이렇게 인위적으로 조작한다 상상도 할 수 없죠 근데 초파리는 가능했던게 초파리가 교배를 해서 자선이 나오면 목의 유전자와 부계의 유전자가 반드시 섞일 수밖에 없잖아요 그럼 엄마가 가진 유전자 중에 어떤 것과 아빠가 가진 유전자 중에 어떤 거는 자손에게 나타날 거니까 자손의 관찰해 보고 그다음에 얘네가 또 교배해서 뭐가 나타나고 이런 것들을 계속 파악을 해 나가 보면 어떤 유전자가 특히 자손에게 유전이 잘 된다거나 어떤 유전자가 훨씬 더 드물게 나타난다거나 요런 걸 발견할 수가 있다는 거죠 그럼 교배를 했을 때이 모계와 부계가 만나서 이제 섞이는 과정이 더 잘 일어난다는 얘기는이 아까 말씀드렸던 그 꼬이는 과정 교수님들이 중간에 몇 분 말씀하신 적이 있는데 뭐 교차의 뭐 이런 현상들이 일어나면서 어떤 유전자는서 밀접하게 있기 때문에 걔네는 항상 세트로 같이 자손에게 넘어가요 이럴 테면 진짜는 아닌데 쉽게 설명하려고 예를 드는 겁니다 뭐 눈이 빨간 유전자와 날개가 짧은 유전자가 가까이에 있다 그러면은 교배를 해서 자손을 나왔을 때 그 두 개 형질이 같이 붙어 있을 확률이 되게 높은 거예요음 그러니까 그 자손들은 눈만 빨갛거나 날개만 짧을 확률보다는 눈이 빨가면 날개가 짧은 걸 동시에 갖고 있을 확률이 높은 거죠 왜냐면 둘이 가까이 붙어 있으니까 맞죠 근데 만약에 어떤 형질을 보니까 눈이 빨간 거랑 털이 짧은 거 요런 거는 동시에 나타나는 빈도가 되게 낮아요 각각 나타난다는 얘기죠 이거는 아까 말한 개보다는 더 멀리 위치에 있는 거죠 이런 식으로 각각의 유전자에 만약에 ABC고 한다면 ABC 순서랑 서로의 거리를 유추할 수가 있는 거예요 어 그래서 상대적인 위치를 잡아가다 보니까 전체의 어떤 가상의 염색체 위에이 유전자들을 늘어놓을 수 있게 되고 염색체에 있는 유전자 지도가 완성이 되게 됩니다 그래서이 아이디어를 스타티 번드가 처음 딱 생각하고 나서 한번 대충 그려봐요 그 당시 연구했던 다섯 개 유전자 가지고 한번 그려보고 어 교수님하고 모한테 들고 가는 거죠 그걸 한번 실어 놔 봤습니다 그래서 사진 보여 주시면 왼쪽에 보면 이분이 이제 스타티 번트요 어 지금 주변을 가득 둘러싸고 있는 거 우리 이제 뭔지 알죠 파리병 맞아요 초파리 관병 그것도 큰 간병으로 가득찬 파리 방에서 일을 하고 있었던 거죠 근데 되게 이질적인게 뭐냐면 저번에 말씀드렸지만 요즘에는 이제 저렇게 바깥에 저렇게 늘어놓고 키우는 것보다는 인큐베이터 안에서 키우는게 더 많거든요 보통 그게 더 깔끔하기도 하고 온도나 유지가 잘 되니까데 옛날에는 저렇게 이제 하나의 방을 만들고 그 병을 이렇게 다 늘어놓고 키웠던 거예요 근데 모건이 힘는 돌연변이를 성공하고 나서 수많은 돌연변이를 찾으려다 보니까 많이 키워야 돌연변이가 많이 나오잖아요 그니까 일단 무조건 많이 키운 거예요 그러니까 학생도 많이 뽑고 학생들도 수도 없이 그 방을 다 채워가면서 초파리들 막 키워 나갔고 려구이야 그러니까 저렇게 스타트 번트가 지도를 그릴 수 있을만큼 큼 엄청난 교배를 할 수가 있었던 거죠 그죠 그래서 오른쪽에 보면은 이제 당시 스타디 본드가 그렸던 노트인데 오른쪽 아래쪽에 있는 노트를 보면 길쭉하게 선들이 만 쭉쭉쭉 그어져 있고 그게 염색 차라고 가정하면 거기에 막 알파벳 같은 기호들이 쓰이잖아요 유전자 배열이 어떻게 있을 것이다를 가정을 하고 교배 결과를 거기에 대입해 보면서 위치도 바꿔보고 거리도 수정하면서 지도를 완성해 나가는 과정이 담겨 있는 노트였다 거예요 그래서 여기 나와 있는게 염색체 지도를 말로 설명드린 기본 원리인데 만약에 왼쪽 위에 같은 경우에 염색체가 있고 그 위에 a b c 아는 유전자가 있는 거거든요 한쪽에는 대문자 ABC 있고 밑에는 소문자 ABC 있어요 각각이 유전자입니다 얘네가 만약에 섞이지 않고 고대로 넘어가게 되면 오른쪽에 이제 그렇게 그대로 나오겠죠 근데 보통은 교배하고 그다음에 이제 목에 무게 유전자가 섞이고 그러는 과정에서 염색체 사이에 교차하는 사건이 보통 많이 일어난 대요 그래서 이제 오른쪽 위에 같은 경우를 넘어가 보면 저 x 자가 서로 교차가 일 는 거요 그래서 맨 오른쪽 결과를 보면 라제 라비 다음에 스몰로 바뀌었고 아래를 보면 역시 대문자로 바뀌었죠 마찬가지로 아래쪽도 보면 a b 사이에서도 교차가 일어날 수 있고 그다음 맨 마지막 보면 두 군데도 교차가 일어날 수 있어요 즉 가능성은 무궁무진하지만 아까 말씀드렸듯이 지금은이 그림에서 동일하게 거리가 측정되어 있어서 이런 상황을 가정한 거지 실제 상황에서는 유전자 별로 거리가 다르기 때문에 다른 확률로 교차가 일어날 수 있다는 거죠 그렇죠 가지고 지도를 완성한 겁니다음 그면 그래서 결과로 그린 지도가 이제 사진 그림으로 들어가 있는데 그래서 맨 위에 있는 길쭉한 그림이 스타티 번트가 처음으로 그렸던 다섯 개 유전자를 가지고 그렸던 염색체 지도에요 그래서 맨 왼쪽부터 BC 그다음에 prm 이게 이제 노여 배열이 되어 있고 그게 각각의 전자인데 보면 이제 거리가 상대적으로 이제 숫자로 적여 있죠 맨 오른쪽에 있는게 가장 먼 거고 맨 왼쪽이 이제 원점이 되겠죠 0이니까 0에서부터 1만큼 떨어 냐 그다음에 3.7만 떨어졌느냐 이런 식으로 비율로 거리를 나타낸 거고요 그리고 저 이제 나중에 모건 아고 같이 그래서 더 복잡하게 한번 완성을 해 간 그림이 아래 왼쪽에 있는 염색체 지도입니다 그래서 아까 처음에 말씀드렸듯이 초파 염색체가 총네 상이니까 그래서네 개 1번 2번 3번과 성 염색 체까지 지소를 한번 그려 가지고 이제 배열을 해 본 거고요 그 시점까지 발견됐던 유전자들을 저 위에 이제 다 표시를 한 거죠 그니까 우리는 결과의 사진으로 보니까 되게 단순해 보이 만 사실은 저거 하나하나의 위치를 결정하기까지 정말 수많은 교배가 이루어졌구나 거를 이제 유추할 수가 있겠죠 그래서 그런 과정을 통해 만들어진 겁니다 사실 요즘에는 저렇게까지 이게 막 일일이 교배에서 하나하나 눈으로 찾고 이러진 않고 당연히 이제 컴퓨터로 연기 서열 이렇게 해가지고 이렇게 할 수 있지만 과거에 그런 방식이나 기술이 개발되기 훨씬 옛날임금다윗성에 성 이죠 야 대단하네요 그까 상대적인 거리마다 이제 숫자를 붙였는데 단위가 있었잖아요 우리가 뭐 1cm 2cm 하는 것처럼 1센티 모건이 센티 모건 아 스승님의 성함으로이 단위를 붙였다고 합니다 센티 모건 지어도 시이네 오 어 맞아요 이제 그러면 또 다른 제자로 넘어가 보시죠네 두 번째 소개드릴 제자는 허먼 밀러라빈 앞에 놓고 계시는 걸 볼 수가 있죠 파리를 굉장히 많이 키우나 거 알 수 있는데 이분은 무슨 생각을 했냐면 돌연변이 우리가 저렇게 힘들게 교배해 만들고 있는데 좀 편하게 만들 수 없을까 이런 생각을 하게 된 거예요 사실 옛날에 모건도 그런 시도를 하긴 했대요 초파리를 여러 가지 방법으로 좀 극한 상황으로 내몰아서 키워서 아 그렇게 하면 돌연변이가 만들어지지 않을까 하고 다양한 실험을 했었다고 하거든요 마찬가지로 이분도 다양한 시도를 하긴 했는데 최종적으로 이제 낙점을 해서 그걸로 밀고 나간게 바로 엑스레이 있니다 어 그래서 저 손 사진 봐도 뭐 아시겠지만 엑스레이를 생물체에 이렇게 조사했을 때 변이가 생겨날 수 있고 그게 굉장히 치명적일 수도 있다라는 거를 밝혀 내신 분입니다음 이분이 이제 어 자기가 개발한 그 엑스레이를 조사하는 기계에다 이제 파리를 넣고 이제 도연이가 생겼는지를 지금 눈으로 저렇게 확인하시는 부분인데 이제 이분이 밝혀낸 또 수많은 돌연변이가 있습니다 만들어낸 레를 그냥 갖다 졌으니 얼마나 많은 변이가 생겼어요 그중에 굉장히 고무적인 도들이 있었는데 바로 이제 오른쪽에 있는 것과 같은 돌입니다 앞서 이제 보여드렸던 성체 단계에서 뭔가 눈에 이상이 있다거나 날개 이상이 있다거나 이런 정도가 아니라 성체까지 가지도 못하고 유충 단계에서 그냥 저대로 발생이 멈춰버리는 경우들 있데요 지금 오른쪽 사진 보시면 위에 플러스 바 플러스 적에 이제 정상의 층이에요 통통 단계 아닌가요 어떻게 알았지 말하려고 했는데 적인 통통 맞아요 맞아요 귀여운 건 몰라도 통통은 기가막히게 잡아 내네요 위 있는게 정상인데 보면은 체절이 나눠져 있고요 정상적으로 그다음에 아래쪽에 보면 좀 밝게 밝게 보이는 부분들이 있죠 그 체절 절마다 저게 이제 뭘 한 거냐면 사실 유충에 껍질을 벗긴 거예요 어떻게 설명을 해야 덜 혐오스러울를 약간 고민해 봤는데 단백하게 말씀드리는게 제일 좋을 것 같습니다 유층 그 상태로 보면 저 저 가 잘 안 보여요 저 현미경으로는 당시에 또 이제 칼라 현미경도 아니고 흑백으로 찍어 되잖아요 얘네도 곤충이 그 유층 상태에서 겉에 큐티 클로 껍질이 한 겹 있거든요 그거를 벗겨내서 껍질을 이렇게 펼쳐 가지고 사진을 찍은 거거든요 그 그 벗기는게 약간 그 느낌인 거죠 우리가 새우 살으면 새우 이렇게 먹으려고 한 껍질 한 껍질 벗기는 거 어어 맞아요 그 새우 껍질 벗기는 느낌이에요 다만 이제 굉장히 크기가 작으니까 어 저도 저거 실험 많이 해봤는데 양면 테이프 같은 거 놓고요 양면 테이프에 올려 놓고 이제 유충을 돌돌 돌리다 보면 이제 껍질이 벗겨져요 예쁘게 벗겨내고 나면 뭐가 보이냐 정확한 체절 구조와 체절 다 있는 강모라 해서 유충들이 바닥을 꿈틀꿈틀 기어 다니잖아요 그죠 바닥을 기어 다니려면 바닷가에 마찰이 어느 정도 있어야 되는데 그 마찰을 제공해 주는 짧은 털들이 있어요 그게 아까 밝게 보이는 그 부분들입니다 저렇게 이제 부분 부분마다 배 쪽으로만 저게 달려 있죠 그래서 저에 있어야지만 멀쩡이 이제 기어다닐 수 있는 거예요 근데 엑스레이를 하도 쪼아 됐더니 어떤게 생겨 냐면 아래쪽 한번 보시죠 꼬리꼬리 어 맞아요 지렁이 잠깐 말씀드렸었지만 이제 마치 그것처럼 양쪽다 꼬리만 있는 이제 개체가 만들어진 거죠 물론 저희 같은 경우에는 더 이상 이제 발생은 하지 못하고 저 상태로 멈췄는데 저게 저 상태에서 발생했으면 궁금하다 꼬리만 나오는지 머리 없이 오 근데 저 상태로는 발생이 진행되지 않습니다 아 의지를 가지고 많은 시 실험을 집요하게 해봤지만 안 됐습니다 아 안타깝다 이거 안타까워하는 거 보니 여러분 이제 초파리 발생 학자 되었다 아 그러려고 그런 거 아닌 나는 계속 중립을 지키려고 제 3자의 시설에서 보려고 그랬는데 아 공감해 보다 인하지 마세요 엑스레이가 인체의 영향을 저렇게 많이 줄 수 있다라는 걸 전에는 몰랐거든요 근데 저렇게 작은 동물이 저렇게까지 뒤틀릴 정도의 그니까 발생의 기초로 흔들 정도의 변이가 생긴다는 걸 처음으로 확인했고 저거에 한바닥 나아가서 생물에 미치는 위해성에 대해 생각을 하게 됐대요 이제 사람에게 도 분명히 저것은 위험하게 작용을 할 거니 우리는 조심해야 된다 뭐 이런 것도 생각을 했다고 합니다 밀론 다음이 약간 좀 재밌는데 개인사가 밀러가 약간 좀 이상주의적인 생각이 있었던 거 같아요 그래서 이제 생물학으로 뭔가 세상을 이롭게 하는 거에 이제 뭔가 생각이 있으셔서 어떻게 하다 보니까 이제 미국에서 연구를 하고 막 이랬음도 불구하고 당시에 미국에서는 약간 냉전 시대고 밀러가 약간 그런 어 우리도 다 생물이고 생물은 다 소중하지 생물에게 이롭게 하면 살아야 돼 이제 이런 얘기를 하다 보니까 정부 입장에서 위험하게 보일 수 있는 거죠 그래서 압박을 계속 줬대요 그러던 차에 미국을 떠야겠다 독일로 잠깐 갔다가 당신의 소련이 초청을 받아 가지고 소련으로 갔대요 하필이면 가자마자 그 당시 이제 소련의 직권의 스탈린이 이제 유전 학자들을 핍박하는 정쟁을 펴서 왜냐면 이제 그 사회주의와 뭔가 되게 정면으로 배치되는 부분들이 있었나 봐요 다시 이제 핍박을 받는 상황에 놓여서 결국은 다시 미국으로 돌아왔다 아이 얘기를 하는 이유은 미국으로 돌아온지 6년 뒤에 노벨상을 찾습니다 어 저분 같은 경우 이제 그런 우여곡절이 있긴 했지만 결과적으로 봤을 때 다시 돌아오셔서 과거에 하나 업적으로 인정받아서 이제 노벨상을 받았죠 선생님도 받으시고 이제 제자도 받고 이런 상황이 됐죠 야 자 이제이 타이밍에 뭐가이 다시 등장 또 등장 하셨군요네 자 우리가 아까 가상의 물질이 있다 치고 걔가 있으면 있는 부위는 그걸로 재생이 되는데 그것이 없는 부위는 재생이 안 될 수도 있겠다 이런 생각을 했다고 했죠 그거를 이제 화 화학적 기울기 가설이라고 불렀는데 화학 물질의 농도 차이에 의해서 농도가 높은 곳은 예를 들어 뭐 재생이 되는데 농도가 낮은 곳은 재생이 안 된다거나 럴 수 있잖아요 이런 생각을 어렴풋이 했었어요 근데이 밀러의 실험 결과를 보다 보니까 아까 그 꼬리꼬리 붙은 유충이 나왔잖아요 혹시 초파리도 초파리도 꼬리꼬리 만든다고 그 현상을 봤는데 어 옛날에 지렁이로 그런 생각을 한 적이 있었는데 어 근데 지렁이는 자기가 붙인 거잖아요 꼬리 꼬리는 그렇긴 하죠 그 하지만 어쨌든 그런 내부적으로 화학물질에 있고 없고 혹은 농도가 높고 낮고 따라서 변화가 있을 수 있을 가능성에 대해서 생각을 했던게 여기서 다시 떠오른 거죠 그래서 이제 그거에 대해서 생각을 하는 연구가 뒤에 이어집니다 아 꼬리꼬리 비밀을 이제부터 보려고 합니다네 그다음 제단은 에드워드 루이스라는 역시 그냥 봐도 초반이에요 사진만 봐도 아실 수 있죠 오른쪽 사진을 보면 이제 노년의 로이스이긴 한데 뒤에 보면 사람 해골이 있고요 초파리로 보이는 것이 있죠 거기에 보면 몸에 스티커 색색깔로 붙여 놨는데 어 색깔 봐라 어 이거 뭐지 어오 머리 쪽에 어 리 머리 있어 점선 그렇죠 브이 브이마 그리고 점선으로 연결이 되어 있는데 하얀 선이 일렬로 놓여 있고 그 위에 노란 점 빨간 점 초록점 요런게 있죠 어 염색체 위에 유전자가 있다고 했잖아 유전자가 일렬로 있다고 했지 어 걔랑 뭔가 연관을 시켜 놓은 건 아닐까 오 혹시 이런 생각을 하셨다면 당신은 너무 훌륭하신 분입니다 스티커 붙인 그거는 루이스가 밝혀낸 중요한 과학적 사실을 그림으로 재미있게 표현해 놓은 결과물이 그든 저희는 이제 그 연구에 대해서 보려고 합니다 아 해고리 저시대에 제로트 추는 아 약간 그 다리는 가보자 가보자 같은 느낌으로 이렇게 있긴 한데 아무튼 다음 슬라이드로 번 볼까요 루이스가 발견한 돌연변이가 굉장히 많은데요 루이스도 역시 이제 모건의 제자이자 그 시기를 함께 했기 때문에 수많은 돌연변이를 만드는데 참여합니다 그중에 발견한 대표적인 돌연변이가 바로이 돌연변 있입니다 바이솔라 돌연변이라고 해서 가장 왼쪽에 있는 사진이 정상 초파리 있니다 곤충 나게 원래 둘 쌍인데 초파리 같은 경우에는 한 쌍만 가지고 있고 나머지 한 쌍은 양쪽 허리에 구슬이 하나씩 달려 있다 그 용도는 이게 비행할 때 평형을 잡아주는 역할을 한다 평양 곤이라고 불렀죠 여기 지금 원형으로 표시가 되어 있는데 그게 정상인데요 오른쪽 초파리를 보시면 가운데 있는 걸 보면 날개가 내장이 상이죠 멋있다 요것만 해도 신기한 또 뭐가 다르냐면 왼쪽에 정상을 보면 머리 다음에 가슴이 있고 배가 있고 딱 세 개로 떨어지잖아요 근데 가운데 있는 녀석을 보면 머리 다음에 가슴이 있는데 어 가슴이 하나 더 있고 배로 간단 말이죠 리 가슴가슴 배네 맞아요 그러니까 무슨 얘기냐면 날개만 복건이 된게 아니라 원래 날개가 달려 있어야 할 그 체절이 통째로 하나가 더 생긴 거 하나가 더 생긴 거죠이야 이게 무슨 일이야 체절 어떤 머리 가슴 배라는이 구조의 순서가 있었다면 그 중간에 하나가 더 끼어 단 얘기는 체의 기본 구조 자체가 바뀐 거예요 굉장히 큰 변이 저기 말씀하신 것처럼 t 2가 마치 복제된 것처럼 하나가 더 생겼죠이 돌연변이 옆에서 본 모습이에요 보면 가슴 두 개에 날개네 개 생긴게 더 명확하게 잘 보이죠 그죠 그래서 이런 걸 확인을 했습니다 그래서 이거가 왜 이렇게 됐을까 그 지렁이에서 연관이 되는데 원인을 찾다 보니 단순히 어떤 날개라는 기관 하나의 변이가 아니라이 체절이 통째로 생겨나고 없어질 정도의 큰 변이가 일어난 거구나 몸 기본 체절 구조를 만드는 그 구조의 변이가 일어났구나 걸 알고 그러면 이걸 일으킨 유전자를 한번 찾아볼까 왜냐하면 이제까지 돌연변이가 모건 실험실에서 수도 없이 많이 나왔는데 대부분은 어느 기관의 문제가 있거나 뭐 색깔의 변이가 있거나 뭐 아까처럼 뭐 구조가 달라지 뭐이 정도였는데 저렇게 뭔가 기본 체절 구조를 뒤흔드는 것들이 많지 않았단 말이죠 그래서 저런 거를 한번 더 많이 찾아보자 런 생각을 하게 되고요 그래서 다음으로 넘어가 보면 이런 돌연변이도 찾음 됩니다 왼쪽에 정상이에요 그래서 보시면 아래쪽으로 길게 나와 있는 건 주둥이 그다음에 가운데에 저렇게 실 가닥처럼 깃털처럼 달려 있는 팔랑팔랑 되어 있는게 더듬 있니다 그렇죠 그 그 팔랑팔랑한게 달려 있는 거의 더듬 있데 오른쪽이 바로 돌연변이에 뭐가 지금 이상한지 찾을 수 있겠나요 주둥이도 뭔가 좀 이상하긴 하지만 더 결정적으로 차이가 있는 건 더듬이 자리에 더듬이가 아니라 두 번째 체돌 자리가 여기 와 있는 것을 발견했습니다 T1 T2 t 3에 있어 할 그 다리가 머리 부위에 와 있는 거죠 그래서 이것도 역시 전체 체저 뒤흔드는 돌연변이를 할 수 있겠죠 이런 것들을 계속 찾아가면 확인을 해 가고요 그래서 아래에 보면 실제 그 안테나 페디아 돌연변이 사진이거든요 제가 교배에서 만들었어요 제가 찍은 사진입니다 아 너무 상해요 해맑게 제가 찍었어요 제가 만들었습니다 제가 찍었어요 제가 유전자 조작해서 만들어서 찍었는데 오른쪽에 보시면 진짜로 더듬이 대신에 쟤는 운전이 다 생긴 건 아니지만 일부 아디가 자라나 있는 걸 볼 수 있죠이 돌연변이 이름을 안테나 페디아 돌연변이라고 합니다 안테나가 이제 촉각 안테나 그요 페디아 다리라는 뜻이거든요 그래서 우리말로 하면 더듬이 다리 촉각 다리 돌연변이 뭐 이렇게 부를 수 있겠죠 그럼 다리 역할도 못 하고 더듬이 역할도 못해요 체는 왜 만든 거예요 여러 가지 돌연변이를 보다 보니까 이렇게 기본 구조를 뒤흔드는 돌연변이들이 나오는데 걔네 골라서 즉 거기에 관련된 유전자들 골라서 배열을 해 보니까 걔네가 하나의 염색체 위에 열로 배열이 되어 있는 것을 확인을 합니다 그래서 그 다음 슬라이드 보여 주시면 요런 식으로 등장을 하게 돼요 그래서 보면은 위에 있는게 역시 성차고지 이게 처음 보여줬던 그림하고 비슷하죠 마찬가지로 같은 색깔이면 같은 유전자가 지정을 하는 건데 가운데 길게 늘어서 있는게 염색 체거 거기 위에 저 색깔 색깔로 밴딩이 되어 있는게 유전자들이 그래서 위에 써 있는 소문자가 유전자의 이름들입니다 오 그래서 뭘 알아내면 다른 유전자들 말고 특히이 기본구 구조에 관련된 유전자들이 하나의 염색체 위에 저렇게 일렬로 쭉쭉쭉쭉 마치 몸의 구조가 생겨나는 그 순서 그대로 그 순서로 일렬로 배열되어 있는 걸 알아 내요 그래서 이런 유전자들을 모아서 세트로 묶어서 이런 것들을 이제 뭐 마스터 조절 유전자 뭐 핵심 조절 유전자 렇게 부릅니다 그 더 시간이 흘러서 이제 뒤에 나오는 사람들이랑 더 추가 연구를 해서 요즘은 저걸 이제 호메오 박스라고 불리우는 그죠 이런 이제 핵심 조절 유전자 세트들로 불리우는 거죠 그래서 이제 초파리는 호매 주전자가이 두 세트가 지금 아까 보신 것처럼 바솔스 콤플렉스 그다음에 안테나 페디아 콤플렉스 저 전용부 저기까지 관련되는 것들 크게 두 세트가 존재하는구나 요런게 루이스가 밝혀낸 사실이고요 그다음에 이제 후성 연구들이 수많은 과학자들에 의해서 이루어졌는데 저의 연구도 이거와 관련이 있습니다 와 저도 바이솔라 플렉스 콤플렉스에 대해서 연구를 했었고요 아무튼 이거를 알아냈다는게 사실은 엄청난 일인 거죠 왜냐하면 당연히 태어나 보니 머리에서 뭐 겉에 보이는 건 눈코입이 달려 있고 몸통에서 사지가 달려 있고 이런 것들이 너무 당연하게 여겨졌지만 사실은 그거는 누가 정했을까 그리고 왜 이렇게 되는 거지 요런 거에 대한 비밀을 풀 수 있는 거죠 즉 기본 구조에 대해서 순서를 정해주는 유전자들을 찾았으니 이제는 후속 연구들에 대해서 더 많이 진행을 할 수가 있겠죠 그래서 이제 그거에 대해서 진행을 하게 됩니다 그래서 루이스는 노벨상을 받습니다 엄청난 일이니깐요 상일 받은 연구의 주제는 정리하자면 초기 배화 분할을 조절하는 유전자 무리의 발견 즉 아까 저 두 가지 콤플렉스이다 그 유전자 무리가 됩니다음 생명의 신비가 조금씩 조금씩 풀리고 있습니다 한 교수 밑에서 노벨상 수상자가 두세 명이 나온다는 건 진짜 초파리로 이렇게 노벨상이 많이 나왔군요 총 여섯 번이 나왔는데요 그러니까 모건 그리고 모건의 제자 두 명이 이제 받았어요 와 총 여섯 번 중에 세 번이이 라인이다 아이 라인에서 나왔어요 와 야 나도 타고 싶다 그 라인 다음에 등장하시는 분은 또 굉장히 유명하신 독일의 여성 생물 학자입니다 여성 생물학자는 사실은 많이 알고 모르는 분들이 많으시죠 저도 사실 많이 알고 있지 않은데요 생물학자면 보통 다윗 멘델이 주로 나오고 그다음부터는 이제 점점점 경우가 많은데 뭐네 이분은 아직 살아계세요 이분은 그러면은 그다음 세대인가요 그다음 세대이기도 하거 약간 걸쳐 있어요 루이스와 공동 연구를 했으니까 세대를 공유하고 있죠 아 같이 노벨상 타신 분이군요 같이 공 아 맞아요 초판이 데모 같으신 분이십니다 다음 사진 보여주면 정말 데모다운 면모가 이분도 뭘 연구하면 돌연변이를 사실 돌연변이를 찾는 궁극적인 목적은 어 나 이상한 거 만들었어 이러려고 찾는게 아니라 그게 돌연변이가 생겼을 때 어떤 기능에 문제가 생기는지 안다면이 유전자가 원래 기능은 뭐였는지 알 수 있잖아요 예를 들어서 어떤 유전자의 이상이 생겼더니이 초파리는 힘든 돌연변이가 됐어 그럼이 유전자의 원래 역할은 뭐였냐면 아 눈을 빨간색으로 만드는 눈의 기능이 관련된 유전자 있겠구나 요런 식으로 확인을 할 수 있잖아요 정상 유전자는 우리가 뭘 하는지 모르니까 너무나 많으니까 맞습니다 아 그래서 초파리 돌연변이 연구가 굉장히 중요했고 그리하여 이분도 역시 돌연변 연구를 하시는데 이분이 보면은 이제 공동 수상하신 세 분 중에 나머지 한 분 더 계시거든요 그분하고 같이 공동 연구 하셔서 이제 발표를 하신 건데 색깔로 표시된 거가 저 잘 보이죠 지금 그냥 보면 이제 뭔지 아시겠지만 유충의 껍질 큐티클 큐티클과 그 절마다 달려 있는 그 모들 표현이 되어 있죠 약간 그 사다리꼴로 표현이 되어 있고요 뭘 찾았냐 그 체절 유충을 보다 보면 아까처럼 꼬리 꼬리가 생긴다거나 아니면 정상에 비해 길이가 너무 짧다 그나 즉 체절 개수가 부족하게 생기거나 이런 식의 이상 있는 돌연변이들을 수도없이 많이 찾았어요 그리고 그것들을 일으키는 원인되는 유전자를 하나하나 규명을 한 거예요 그거를 싹 다 밝혀내서 정리를 하십니다 와 적으로 이제 노벨상을 받으신 거죠 근데 걔네가 의미하는 바가 결국 뭐냐면 그중에 어떤 유전자의 이상이 생기면 체절이 원래대로 하면 총 몇 개야 되는데 부족하게 생긴다거나 아니면 과다하게 생긴다거나 아니면 어디랑 어디랑 바뀐다거나 뭔가 이런 기본 틀의 변화가 일어나는 돌연변이들이 너무 많이 생기는 거예요 그래서 대부분이 문제가 된 건 뭐냐면 지금 왼쪽에 정상에 비해서 오른쪽도 변이가 생긴 것들 대부분 길이가 다 짧아졌죠 간격이 짧아졌고 즉 이런 유전자들이 순차적으로 서로 조합해서 작용을 해야 지만 정상적으로 모든 체이 만들어질 수 있다는 걸 밝혀냈어요 이거 가지고 또 뭐까지 알아냈나이 유전자들도 동시에 작용하는게 아니라 1번 유전자 먼저 일하고 2번 유전자 3번 유전자 이렇게 순서가 있지 않을까 그거 해서 이제 그거를 또 알아내게 되죠 그래 이제 그걸 가지고 뒤에서 다음 사람으로 연결이 되는데 그 저걸 가지고 어디랑 연관을 시키냐 다음 슬라이드를 봐주시면 아이 그림은 이제 해양에서 많이 나오는 그림인데요 아 이게이 그림은 오해하시면 안 돼요 이거를 몸을 자른다는게 아니라 그 동물의 신체를 구분하기 있어요 축 그냥 그 축을 나타내네 제일 대표적인게 전후축 머리에서 꼬리로 연결되는 ap 축이라고 부르고 안테리어 포스테리어서 이제 ap 축이라고 하고 또 한 가지는 등하고 배 등배축 그래서 DV 축이라고 해요이 두 개의 축을 잡고이 축을 기준으로 해서 순차적으로 유전자들이 작동을 해서 전체 형태를 만들어 나간다는 것에 기초를 창립하신 분입니다 오네 일단 현상은 이렇게 실험해서 찾았고요 이제 더 훌륭한 점은 이것이 왜 그런지 아지도 규명을 하셨어요 오 왜 그런지 이제 다음 이제 슬라이드 보여 주시면 결국은 유전자의 문제인데요 그리게 너무 복잡하죠 간단하게 설명해 드리면 초파리는 이제 교배를 하기 전부터 그니까 암컷 몸에 이제 난자가 있을 거잖아요 난자 몸에서부터 이미 이제 발생을 위한 기본 준비를 하고 있대요 맨 위에 왼쪽에 있는 그림을 보면이 하나의 어떤 거대한 세포라고 보면 저 오른쪽 끝에 남자라고 고 표현되어 있는 저 노란 부분 있죠 저 부분을 잘 보면 끝부분이 될 겁니다 아래 꼬리 부분이 될 거죠 그래 그 부위에서 뭔가 내부에서 일이 일어나요 그리고 특정 유전자가 만들어집니다 만들어지고 나면 오른쪽 그림으로 넘어가서 저 길쭉길쭉한 선들이 생기죠 저게 세포 안에 있는 미세 소관이라는 건데요 뒤에서 열심히 만든 결과물 그 단백질을 중간 부위로 옮겨 줘요 즉 컨베이어 벨트처럼 미세 소관을 타고 쭉 이동을 하는 거예요 저렇게 쭉 이동을 하고 보니까 지금 a b c d e 음이 그을 보면 결과적으로 원래 그 끝부분에는 저 파란색 단백질들이 모이게 되고 미세 소관에 의해서 앞쪽으로 쭉 운반된 결과물은 저 앞쪽에 빨간색 부분으로 모이게 되거든요 즉 아까 지렁이에서 그다음에 어떤 중간 실험에서도 모건이 제안했던 가설이 여기서 드디어 규명이 되게 됩니다 실체가 나타나게 되는 거죠 즉 연구를 하다가 뭘 알았냐면 유전자들을 막 이렇게 변이가 일어나고 뭘 하다 보는데 어떤 유전자에 변이가 생겨나면 이렇게 되고 저렇게 되고를 막 보다가 똑같은 절이라 도 a 아는 유전자에 이상이 생기면 체절 앞부분에 이상이 생기고 어떤 유전자는 마디의 끝부분에서 이상이 생긴단 말이에요 어떤 유전자는 몸의 꼬리 부분에서 이상이 생기고 몸의 머리부 이상이 생긴다거나 즉 체전에 영향을 주는 건 맞는데 세부적인 역할이 다 다른 거예 그까 여기서는 이제 뭘 찾았냐 그 체절 다 영향을 다르게 나타나게 하는 근본적인 기저에는 뭐가 있을까를 보다가 아 생물체 안에선 유전자가 있고 유전자는 단백질을 만든다 요걸 어떻게 연관시켰다 드디어 그 중간에 왓슨과 크 DNA 구조를 발표했고 그러면서 그 이후로 중심 원리라는게 발표가 되면서 아 생물체 안에는 유전자가 있는데 유전자를 가지고 중간중간에 매개 물질을 거치고 나면 단백질이 만들어진다는 걸 알았거든요 지금 우리는 생물 학사에 대해서 얘기하고 있는 거예요 생물 학사에 대해서 역사적인 흐름과 당시에 어떤 유행했던 큰 전통들 대해서 한번씩지 얘기를 한 셈이 됐는데 어쨌든 지금은 그래서 분자생물학적인 그런 것들이 밝혀진 시대가 됐어요 그래서이 원인을 규명하는데 있어서 그 단백질 개념 을 도입을 할 수 있었던 거예요 그래서 어떤 부분에는 특정 유전자들이 발현돼 단백질을 만들고 그 단백질이 농도가 높은 곳에서는 어떤 유전자가 그다음에 거기서 일을 할 수가 있다 근데이 단백질이 없는 곳에서는 그 유전자는 일을 할 수가 없어 그런 식으로 각각 유전자마커 보면에 뭐 앞부분에는 A 아는 단백질이 깔려 있고 끝부분에는 B 아는 단백질이 깔려 있어 근데 어떤 유전자라는 유전자는 a 아는 단백질이 있는 데서만 발현을 막해 근데 B 그래는을 못 해 근데 반대로 어떤 유전자는 B 그래만 일을 하고 a 있는 데서는을 못해 요런 식으로 수많은 조합들이 나타나는 거지 그래서 그런 유전자를 하나하나 찾습니다 그래서 그거를 쫙 늘어놔서 그림을 한 번에 그려요 그래서 요거는 이제 방금 그 그림으로 봤던 걸 그냥 이제 염색해서 실제 배아에서 보여 준 거고요이 넘어가시면네 요런 식으로 모식도를 그릴 수가 있는데 맨 위에 있는게 이제 아이에요 아이고 앞쪽은 저 빨간색 비코이드 아는 mrna 있고 뒤쪽엔 나노스 아는 MR 가 있거든요 mrna 있다라는 건 여기서 단백질이 만들어진다는 얘기예요 그럼 mrna 번역이서 단백질을 만들면 뒤쪽에는 파란색 단백질이 만들어지고 앞쪽은 빨간색 단백질이 만들어지죠 그리고 났더니 빨간색 단백질이 많은 곳에서는 머리가 만들어지고 파란색 단백질이 많은 곳에서 꼬리가 만들어지는 거예요 이걸 처음에 찾아요 그 실제 배아에서 그 단백질에 결합하는 항체를 쳐 가지고 염색을 해 봤더니 오른쪽에 있는 것처럼 비코이드 있는 부분에 노랗게 염색이 된 걸 증명을 한 거죠 오 왼쪽은 그냥 그림이지만 오른쪽은 실제 배아에서 저렇게 표시가 된다라는 걸 보여주고요 그래서 그런 것들을 여러 가지로 해봤을 때 실험적으로 한번 어떻게 증명이 될 수 있냐라고 한다면 이런 식으로 보이는 걸 나타난 거죠 즉 그게 진짜라면 그 물질 인위적으로 다른 곳에 주입했을 때 이를테면 a 아는 유전자가 있는 건 항상 머리만 돼 B 아는 유전자가 있으면 항상 꼬리만 돼 그럼 만약에 얘는 꼬리 부분이긴 해 알고 있어 근데 여기에 a 유전자를 주입을 해 그 머리 머리가 다 그러면 얘는 뭐가 될까 어 인간의 호기심이란 그지 그지 그리고 반대로도 해봐요 얘는 머리긴 한데 꼬리에 나타나는 그 물질을 에다 주입을 해 봐 오 어떻게 될까 그리고 거기서 멈출 수 없지 중간에도 한번 넣어 봐 오 그런 식으로 이런저런 조합을 또 실험을 해 봅니다 발생하기 이래요 그래서 그 결과가 그림으로 정리가 되어 있는 겁니다 그림을 한번 보시면 맨 왼쪽에 정상 발생이 그다음 두 번째가 비코이드 결핍인 비코이드 같은 경우에는 머리쪽으로 만든 전자였다 없는 돌연변이가 되었더니 양쪽이 다 꼬리가 돼 버렸어요 머리가 없는 애가 된 거예요네 그다음에 오른쪽에는 거기다 다시 앞부분에 원래 머리가 될 부분인데 지금은 돌연변이 없지만 거기에 필요한 물질 단백질을 주입을 했더니 정상적으로 머리가 만들어지는 걸 확인을 했어요 그다음에 그 다음 사진은 그거를 중간 부분에 넣었더니 중간에서 머리가 만들어지는 걸 확인했어요 중간에서 머리가 만들어져요네 그다음에 마지막 사진은 원래는 정상이야 그냥 앞에는 머리 뒤에는 꼬데기 머리에 관련되는 그 단백질 물질를 넣었어 그랬더니 거기가 머리로 바뀌어 이런 조합을 결정을 해 보니 아까 그 어떤 그림으로 보았던 그것과 연결이 되면서 아 기본 구조를 만드는 대에는 특전 단백질의 발현과 그거에 연계된 유전자의 발현이 굉장히 중요하구나 아라는 것을 규명하게 됩니다 저런 애들은 발생이 돼요 발생이 대부분은 잘 안 돼요 근데 저 상태로 죽는 경우가 많습니다 더 이상 진행되지 못하고 그다음 그림은 이제 이제까지 연구된 그런 결과를 조합해서 그래프로 그냥 정리를 해 본 거예요 요런 식으로 이제 위에 있는게 난자 mrn이면 아까 아직 수정이 되기 전에 난자 상태에서 이제 기본 준비를 하고 있다고 했잖아요 그때 이미 보면 왼쪽 앞쪽에 머리가 될 부분에 비코이드 mrna 농도가 굉장히 높고 개가 뒤쪽에는 없죠 빨간색이 그다음에 뒤쪽에는 나노 스만 있고 비코이드 없어요 아예 극단적으로 남자 상태에서부터 이미 준비를 하고 있는 거죠 근데 가만 보면 지금 헌치백이나 코다 같은 경우에는 아예 수평이 아아 근데 아래쪽으로 오면 이제 난할이 일어나고 있다는 얘기는 수정이 일어난 이후에 난할이 일어나고 있으니까 비코이드 나노스 그래프가 요동을지고 그다음에 헌치 백에나 코 달도 변화가 막 일어나죠네 이런 관계를 조합해서 결국은 그 회로로 표현을 해 보면 오른쪽처럼 됩니다 머리 쪽에서는 원래 비코이드 먼저 발현이 되고 그 단백질 때문에 뭐가 문제가 생기냐 men 뒤쪽에서 만들어져야 되는 단백질은 방해를 받는 거예요 그래서 오른쪽으로 가는 경로가 막혀 있죠 빨간색으로 그래서 코단이라는 거는 여기네 발현이 되지 못해요 앞쪽에서는 근데 반대로 뒤쪽에서는 비코이드 아니라 나노스 만들어지죠 그러니까 여기서는 반대로 헌치백이 만들어지지 못해요 치백이 뭐죠 헌치백 특정 유전자의 이름이긴 한데 앞 구조를 만드는데 관여하는 유전자입니다 머리 즉 순서가 있다는 거죠 즉 비코이드 나노스는게 가장 초반에 농도를 깔아주고 그 만들어진 판 위에서 후속 유전자들이 순차적으로 거기서 만들어지고 만들어지고 만들어지고 해서 즉 후속으로 발현돼 할 유전자들의 판을 영역을 정해주는 역할을 초기 배아에서 발현되는 유전자들이 하고 있다는 거죠 오 신기하다 유전자들이 동시에 확 발현되는게 아니라 단계가 있다 어 맞아요 굉장히 정교한 프로그래밍 럼 정확한 시간에 정확한 유전자가 정확한 양만큼 발현되는게 되게 중요한 거죠 그러니까 그래서 다음 슬라이드는 요런 식으로 수많은 유전자들을 밝혀낸 다음에 걔네 붙는 항체를 가지고 염색을 해서 한번 정리를 쫙 해 본 사진인데 네 다 똑같은 사진 같아 보이지만 미묘하게 달라요 즉 체절 개수도 다르고 그러니까 각각 다른 유전자가 각 체절 만드는데 있어서 누군가는 체절 좀 더 앞 누군가는 체절 좀 더 뒤 아니면 누군가는 그 체절 전체 요런 식으로 담당하는 부위들이 미묘하게 다르고 그중에 어떤 유전자의 돌연변이가 생기면 그다음 유전자는 뭐 발현되지 않고 이런 식으로이 수많은 염색을 통해서 순서를 또 정할 수가 있어요 그래서 이런 실험들이 누적이 되고 나면 정리된 모습 은 이런 식입니다 즉 그림으로 정리하면 제일 처음에는 빨간 구역 파란 구역 이렇게 큰 영역을 먼저 나누고요 그다음 셋트로 나오는 2단계 유전자들은 저거보다는 조금 더 좁은 영역으로 나누게 돼요 그다음 세트 유전자들 쌍지 유전자로 되어 있는데 쟤네는 더 세밀하게 구역을 나누는 역할을 하고요 그리고 나면 그다음에는 이제 각 체절 발생이 진행되게 되는 거죠 그래서 그 순서를 밝혀낸게 이분들 하신 엄청난 연구입니다 그 노벨상을 받을 만하죠 그런 이제 연구들이 됐고요 그래서 이제 이거를 실제 배아에서 염색을 했던게 아까 슬라이드에서 오른쪽 사진 a 사진의 위에서부터 단계적으로 왔던게 오른쪽에 저렇게 유전자 별로 염색해서 보여 주는 거고요 이건 이제 방금 보여 드린 거에서 조금 더 발생이 진행돼서 이제 모든 체절이 다 자리를 잡았죠 체절이 다 완성이 됐죠 얘는 좀 있으면 유충이 되겠죠 이런 식으로 발생 단계별로 스테이지별로 확인을 하는 거고요 그래서 제가 배통통 배통통 단계 좋아한다라고 말했던게 배통통 단계가이 모든 체이 완성된게 처음 등장하는 단계예요 그래서 배통통 단계 전까지는 저 모든 체절이 다 나오지 않아요 왜냐면 아직 과정 중이니까 하지만 배통통 단계에서는 저 모든게 이제 짱 상고 나타납니다 그래서 제가 좋아했어요 그 오늘은 내가 왜 배통통 좋아하나 대한 이야기를 길게 해봤습니다 아네 오 한 줄 요약이 된다 한줄 약이죠 이게 오늘의 이야기였습니다 기가 막히게 정리하지 않습니까 예 조금 남았거든요 그만인 즉슨 한 번 더 한 장만 더 보여 주시면 안 돼요 한장만 더 보여줘요 아 이거는 약간 여기 여기 붙이는 건데 앞에 이제 배통통 배통통 있데 앞에 이제까지 설명했던 건 그 축 중에 ap 축에 대한 거거든요 즉 머리부터 꼬리까지 한 줄로 들어섰을 때 그렇죠 그것을 설명하는 과정이었고 아까 축 하나가 더 있다고 했잖아요 등배 등배 자세하게 하진 않을 건데네 이 사진 한 장으로 표현이 되기 때문에 보여 드리려고 한 겁니다 등배 마찬가지로 어떤 단백질은 배쪽에 많고 어떤 거는 뭐 등쪽에 많고 이런 식으로 해서 유전자 발현이 위치마다 다른 거죠 그래서 이제 결과적으로 초파리는 완성되고 나면 머리부터 꼬리까지 쫙 그다음에 등부터 배까지 쫙 요렇게 두 개의 축이 완벽하게 이루어져서 이제 어 애벌레가 되고 성체가 되고 요런 식으로 발생이 이루어지게 됩니다네 그러면 오늘은 여기서 마치도록 하겠습니다 아 어떠 까 오늘 아주 그냥 파리한테 링인 하는 아주 그냥 깊게 스며드는 조여드는 시간이었던 거 같고 그간 선생님이 왜 통통을 좋아하는지에 대해서 아주 세밀하게 이해할 수 있는 시간이었 저거도 여기 계신 모든 분들은 다 같이 배통통 단계를 관심이 없었는데 좋아하게 되셨을 거예 사랑할 수밖에 없어요 이제네 왜 그걸 연구하게 됐는지 배경을 알면 좋을 거 같아서 그 설명하다 보니까 좀 길어져 버렸네요네 길어져 버렸네요 합니다 안재현 선생님은 다음번에 또 초파 모자 쓰고 다음번에 또 모시도록 하고요 오늘은 여기서 마치도록 하겠습니다 인사할 시간도 많습니다 여러분의 시간을 낭비해 드릴 느리지만 고랑과 랩 미팅이었습니다 감사합니다 교수님들 감사합니다