2020년 노벨상 수상자 이야기

2020-12-29
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노벨상은 인류의 문명 발전에 큰 기여를 한 사람들에게 주어지는 상이다. 2020년 과학 분야의 노벨상을 받은 수상자들이 어떤 연구를 진행했는지 구체적으로 살펴보자.



# 노벨 생리의학상 : 'C형 간염 바이러스'의 발견 및 치료법 개발에 결정적 공헌

올해 노벨 생리의학상은 C형 간염 바이러스(HCV)의 유전자를 발견하고, 간염 퇴치에 결정적인 공헌을 한 세 명의 과학자가 수상했다.


1) 수상자

이름하비 J. 올터마이클 호턴찰스 M. 라이스
출생1935년1949년1952년
학력미국 로체스터 의과대학교 박사영국 런던 킹스컬리지 박사미국 캘리포니아 대학교 박사
소속
국립보건원(NIH) 부소장캐나다 앨버타대학교 교수록펠러 대학교 교수


2) 수상 업적

1960년대, 수혈을 받은 사람들이 원인 모를 병으로 만성 간염에 걸리면서 의학계에서 큰 문제로 떠올랐다. 이는 1960년대 중반 A형 간염 바이러스와 B형 간염 바이러스가 발견되면서 일단락 되는 듯 했다. 하지만 A형 간염 바이러스와 B형 간염 바이러스로도 설명할 수 없는 간염 전염 사례가 아직 남아 있었다.


1972년 수혈 환자를 연구하던 '하비 J. 올터' 소장은 A형도 B형도 아닌 새로운 바이러스가 존재할 수 있다는 사실을 확인하고, 이 바이러스에 A형도 아니고 B형도 아니라는 뜻의 ‘NANB(non‐A, non‐B hepatitis)’라는 이름을 붙였다. 이 바이러스 역시 만성 간염을 유발했다. 


이후 '마이클 호턴' 교수는 간염 환자의 혈액에 바이러스에 대한 항체가 존재할 것이라 생각하고, 간염 환자의 혈청을 활용해 연구하였다. 10년이 넘는 기간을 연구한 끝에, 호튼 교수는 NANB 바이러스의 DNA 조각을 확인했다. 그 결과 새로운 바이러스임을 규명하고 ‘C형 간염 바이러스(HCV)’로 이름 붙였다. 


두 사람의 발견으로 C형 간염 바이러스의 존재가 입증됐지만, 바이러스만으로 간염이 유발될 수 있는지는 명확하지 않았다. 이후 '찰스 M. 라이스' 교수는 C형 간염 바이러스의 존재만으로도 간염을 유발할 수 있다는 사실을 밝히고, C형 간염 바이러스가 피를 통해 전염될 수 있다는 결론을 내리는 데 일조했다.



< 2020년 노벨 생리의학상 과학자별 업적 요약 > 출처 : 노벨재단


과거에는 세계적으로 7천만 명이 C형 간염 바이러스에 감염되어 있고, 매년 40만 명 넘게 사망했다. 그러나 이들의 연구 덕분에 C형 간염 바이러스 유무에 대한 혈액 검사와 수혈 후 발생하는 간염의 제거가 가능해졌고, C형 간염 치료제도 개발되었다. 과거에는 만성 질환으로 진행되어 간병변 및 간암을 일으키던 질병이, 이제는 한 두 달만 약을 먹으면 완치될 수 있게 되었다.




# 노벨 물리학상 : '블랙홀' 구조의 수학적 증명, 그리고 블랙홀의 발견

올해 노벨 물리학상은 블랙홀이 있음을 수학적 계산을 통해 증명한 '로저 펜로즈' 교수와, 20여 년이 넘는 긴 세월 동안 관측을 통해 블랙홀의 존재를 입증하고, 질량까지 측정한 '라인하르트 겐첼' 소장과 '안드리아 게즈' 교수가 수상했다.


1) 수상자

이름로저 펜로즈라인하르트 겐첼안드리아 게즈
출생1931년1952년1965년
학력영국 케임브리지 대학교 박사독일 본 대학교 박사미국 패서디나 캘리포니아 공과대학교 박사
소속영국 옥스퍼드 대학 명예교수독일 막스플랑크 외계물리 연구소장미국 로스앤젤레스 캘리포니아 대학 교수


2) 수상 업적

블랙홀은 물질이 극단적으로 수축해 쪼그라든 나머지 자신의 빛조차 빠져나올 수 없는 극한의 중력을 갖는 천체다. 이와 비슷한 개념은 18세기부터 나왔다. 그리고 1915년 '아인슈타인'이 일반 상대성 이론을 발표하면서 엄청난 질량의 물체는 시공간을 더욱더 휘어 블랙홀을 만들 수 있다는 가능성을 열었다. 그러나 아인슈타인 조차 블랙홀은 매우 특수한 조건에서만 존재할 뿐 실제 우주에 존재하지 않을 것이라 믿었다. 그리고 20세기 중반까지만 해도 이 같은 블랙홀이 실제로 우주에 존재한다는 증거나 이론은 없었다.


그러나 1965년, '로저 펜로즈' 교수는 일반 상대성 이론에 ‘갇힌 표면’이라는 수학적 도구를 사용하여 우주 공간에 모든 것을 빨아들이는 점이 존재할 수 있음을 증명하였고, 이는 곧 블랙홀이 존재함을 의미했다.


'라인하르트 겐첼' 교수와 '안드리아 게즈' 교수는 이러한 이론을 바탕으로 별의 생성이 왕성한 은하의 중심에는 블랙홀이 쉽게 만들어질 것이라 생각하였고, 우리 은하 중심에 위치한 30개 가량의 밝은 별을 추적했다.


추적 결과, 별들이 은하의 중심과 가까울수록 특정한 궤도를 따라 훨씬 빠르게 도는 것을 발견하였다. 그리고 2008년, 두 연구팀은 우리 은하 중심에 태양의 4백만 배 질량의 초대 질량 블랙홀이 있다는 것을 알아냈다.


블랙홀은 과학자는 물론 대중에게도 널리 알려졌으나 미지의 대상이었다. 이번 노벨 물리학상은 이러한 블랙홀이 이제는 이론적 개념이 아닌, 천문학적으로 관측 가능하며 관측된 천체들 중 하나임을 알려준다. 노벨위원회는 이 연구가 블랙홀처럼 밀도와 질량이 매우 큰 천체를 연구하는 데 새로운 지평을 열었다고 강조했다.




# 노벨 화학상 : '3세대 유전자 가위'의 개발

올해 노벨 화학상은 과거보다 정교한 DNA 편집이 가능한 3세대 유전자 가위 ‘크리스퍼-캐스9’을 개발한 두 명의 과학자가 수상했다.


1) 수상자

이름에마뉘엘 샤르팡티에제니퍼 다우드나
출생1968년1964년
학력파리 제6대학교 박사미국 하버드 대학교 박사
소속독일 막스 플랑크 연구소 교수미국 버클릴 캘리포니아대 교수


2) 수상 업적

유전자 가위는 미생물이나 세포의 염기 서열에서 원하는 부위를 정확히 찾아 마치 가위처럼 자를 수 있는 단백질 시스템이다. 유전자 가위는 1세대 ‘징크 핑거’, 2세대 ‘탈렌’을 거쳐 조금씩 발전하였으나, 원하는 부위를 정확히 자르는 것이 힘들어 연구의 활용에 어려움이 있었다. 


과학자들의 끊임없는 연구 끝에, 2012년 '제니퍼 다우드나' 교수와 '에마뉘엘 샤르팡티에' 교수가 정밀도가 뛰어난 3세대 유전자 가위인 ‘크리스퍼-캐스9’을 완성했다. 이 유전자 가위는 박테리아의 면역 기능을 하는 ‘크리스퍼’와 가위처럼 DNA 염기서열을 자르는 단백질인 ‘캐스9’을 활용한 기술이다. 표적을 찾아내는 역할을 하는 가이드 RNA와 가위 역할을 하는 캐스9이 결합하여 표적을 빠르게 찾아내 절단할 수 있다.



< ‘크리스퍼-캐스9’을 이용한 DNA 절단, 삽입 과정 > 출처 : 노벨재단


‘크리스퍼-캐스9’의 완성은 생명 과학 연구의 발전에 많은 영향을 끼쳤다. 곰팡이, 해충 및 가뭄에 잘 견딜 수 있는 식물을 개발하거나, 새로운 암 치료법, 유전 질환을 치료할 수 있는 실마리를 찾는 등 유전자 가위의 사용이 폭발적으로 증가했다. 이 유전자 가위는 생명 과학을 새로운 시대로 이끌었으며 인류에게 매우 큰 이익을 가져다 주었다.




| 글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 과학팀 최유정 연구원


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