배움에는 끝이 없고, 세상에는 신비로운 것들이 너무 많으니까.

몰라도 괜찮지만 배우면 훨씬 더 교양있는 ‘일상 과학’의 세계로!

“내 머릿카락은 어떻게 곱슬이 되었을까?”

“술을 분해할 수 없다는 말이 진짜일까?”

“친자 검사에 사용되는 DNA는 어떤 원리일까?”

과학 이론을 탐구하다 보면 알게 된다. 과학은 아주 흥미롭지만, 다가가기에는 너무 심오한 학문이라는 것을. 이와 같은 이유로 우리는 학교 졸업과 동시에 수학이나 과학에 등을 진다. 누군가는 재미있어 보이지만 너무 어렵다고 말하고, 또 누군가는 써먹지도 못하는 것을 왜 알아야 하냐고 묻는다. 그래서 준비했다. 재미있어 보이기는 하는데, 써먹지 못했던 ‘과학’을 일상의 영역으로! 나의 오늘이자 내일인 ‘일상’과 우주 정거장에서나 쓸모 있을 법한 ‘과학’이 공존할 수 있는 단어였던가?

사실 우리는 우리도 모르는 사이에 과학의 세계에서 살아가고 있다. 나도 몰랐던 ‘나의 과학적인 일상’을 하루 한 권 시리즈를 통해 들여다보자. 새로운 세계가 펼쳐질지도 모른다. 또한, 과학을 이해하기 위한 언어인 ‘수학’까지도 일상의 영역으로 가지고 와 단순한 언어로 아주 쉽게 배울 수 있도록 차례를 구성했다. 몰라도 살아가는 데 아무 문제 없지만, 배우면 훨씬 더 교양 있는 ‘일상 과학’의 영역을 탐험하자! 언제 어디서나 가볍게, 한 손에 들어오는 ‘작은 노력’으로 커다란 지식의 즐거움을 누릴 수 있을 것이다.

『하루 한 권, 생명공학』은 어렵게 느껴졌던 DNA와 유전자의 기본 시스템인 게놈에 대해 설명한다. 단백질에 대한 기본적인 이해와 과학적 사고력을 바탕으로 사람 뿐 아니라 모든 생물을 구성하는 체계가 어떻게 만들어지는지에 대한 원리를 설명한다. 최근 유전자 변형으로 관심이 높아진 안전에 대한 부분까지도 섬세하게 다루며, 소비자가 어떤 기준을 가지고 방사선 물질과 유전자 변경에 대해 이해하면 좋을지에 대한 관점도 논리적으로 제공한다. 유전자에 관한 의식을 점검하는 체크리스트와 실생활에 빗대어 생각할 수 있는 작가노트도 수록했다. 평소 관심이 있었지만 복잡한 개념에 쉽게 다가가지 못했다면, 차근차근 기초 개념부터 설명하는 책을 함께 따라 읽어보자. 

들어가며

서장 기본 용어 해설

유전자 변경 식품에 관한 의식조사

기본 용어 해설 – DNA, 유전자, 게놈

1장 생명 과학의 기초

1-1 거시 생물학 – 생물이란 무엇인가?

생명이란 무엇인가?

생물의 분류 – 세포 기준

종이란 무엇일까?

생물의 분류 – 개체 기준

지구의 생물과 생물의 진화

작가노트 : 진화에 관한 신비한 이야기

작가노트 : 세균과 바이러스

1-2 분자 생물학의 기초와 세포 생물학

DNA

유전자의 위치

게놈이란 무엇일까?

유전자가 가진 정보

작가노트 : 게놈과 유전자

세포의 종류와 체세포 분열 – 두 세트 게놈의 세포 분열

생실 세포 – 게놈 한 세트의 세포

감수 분열 – 생식 세포의 형성 과정

수정과 배아 발생

유전 정보 전달 방식

작가노트 : 생식은 왜 필요할까?

1-3 미시 생물학 – 유전자의 일생

생물을 구성하는 화학 물질

DNA의 생성

DNA의 이중 나선 구조

세포 분열 시의 DNA 복제 과정

아미노산 – 단백질의 부품

단백질 구조

유전 정보를 통해 생성되는 단백질

RNA 구조와 작용, 유전 암호 코돈

코돈과 tRNA

전사 – mRNA의 합성

번역 – 단백질 합성

합성된 단백질의 목적지

작가노트 : 콜라겐과 히알루론산을 먹으면 정말 효과가 있을까?

돌연변이 – 진화의 원동력

돌연변이 – 유전자 변이 관련 질병

세포의 다양성 – 같은 게놈에서 다양한 세포가 만들어지는 이유

다른 게놈을 가진 체세포 – 의외로 상처투성이인 DNA

1-4 유전자의 구체적인 구조

사이토크롬 C유전자

분자 생물학적 계통수 – 염기 서열을 통해 보는 진화

인슐린 유전자 – 번역 후 변형

겸상 적혈구 빈혈증

유전병의 원리 – 열성 유전과 우성 유전

알데하이드 탈수소 효소 유전자 – 염기 한 개 차이로 달라지는 주량

혈액형을 결정하는 유전자

혈액형 분자 생물학

작가노트 : 혈액형과 성격

작가노트 : 염기 서열이 변하는 이유

1장 정리

2장 바이오테크놀로지

2-1 바이오테크놀로지, 생명공학의 기초

대장균을 이용한 재조합 DNA 실험 – 1970년대에 시작된 혁명

바이오 실험에 사용하는 도구

중합 효소 연쇄 반응 – 1980년대에 시작된 혁명

모든 분야에서 응용하는 PCR

PCR의 핵심 : 특이적 프라이머 설계

PCR로 특이적 DNA 조각을 늘리는 방법

DNA 조각을 분리해 확인하는 방법 – 아가로스 겔 전기영동법

염기 서열을 알아내는 방법 – 생어 염기 서열 분석법

작가노트 : 생명 정보학 – 바이오인포매틱스

작가노트 : 단돈 100달러면 가능한 게놈 분석

DNA를 이용한 감정 방법

작가노트 : 카르타헤나법 – 유전자 변형 생물의 사용 규정

2-2 식물의 바이오테크놀로지

채소의 수경 재배

식물 육종 – 유전자 변형 이전의 기술

전통 채소

작가노트 : 천연은 안전, 인공은 위험?

일본의 유전자 변형 작물 현황

아그로박테리움법 – 주로 사용하는 유전자 도입법

해충 저항성 유전자 변형 작품

젳제 내성 유전자 변형 작물

유전자 변형 식품 제조 과정의 문제점

작가노트 : 유전자 변형 식품의 표시 제도

작가노트 : 유전자 변형 식품 포함 가능성과 과대광고

게놈과 유전자의 차이 – 고전 기술과 유전자 재조합 기술의 차이

유전자 조작은 신에 대한 모독일까?

게놈과 유전자 VS 야구

개놈과 유전자 – 유전자 한 개의 한계

작가노트 : ‘유전자 변형’의 표기법

2-3 동물과 인간의 바이오테크놀로지

클론

수정란 복제

복제 동물의 응용 – 동물 복제 기술

잡종 – 레오폰

키메라 – 여러 게놈을 가진 생물

배아 줄기세포의 이용

iPS 세포(유도만능줄기세포)의 등장

iPS 세포를 활용한 재생 의료

작가노트 : 소설 속 복제인간

작가노트 : iPS 세포의 발견과 녹아웃 마우스

복제 인간과 전능성, 다능성, 단능성

주요 참고 도서 

DNA는 네 가지의 ‘염기’, 즉 아데닌(Adenine), 구아닌(Guanine), 사이토신(Cytosine), 티민(Thymine)이라는 화합물이 연결된 화학 물질의 이름입니다. 이 네 가지 염기가 나열된 순서와 길이, 즉 ‘염기 서열’에 따라서 다양한 구조의 화합물이 생성되지요. ‘유전 정보’란 이와 같은 DNA의 염기 서열을 의미합니다. 또한 단백질은 아미노산이 연결된 화합물의 이름이며, 생물 작용의 많은 부분을 담당합니다. 유전 정보 중에서 아미노산의 정보를 ‘RNA(리보핵산)’에 옮겨(전사) 단백질의 ‘아미노산 서열’을 결정하는 부분이 바로, 유전자입니다.

• - 14쪽

종은 고정되어 있지 않습니다. 시간이 충분히 지나면 ‘돌연변이’가 생겨 집단 전체, 또는 일부가 변하고 새로운 종이 탄생하기도 합니다. 새로운 종이 살아남을 수 있을지는 ‘자연 선택’에 달렸는데, 이것이 진화입니다. 38억 년 전 지구에 생명이 탄생한 이후, 현재까지 다양한 생물종이 진화를 거듭했습니다. 진화 도중 멸종한 종이 현재까지 살아남은 종의 수보다 훨씬 많아서 과거 지구상에 서식했던 종의 99.99퍼센트는 이미 멸종했다는 주장도 있어요. 멸종한 생물의 수와 비교하면 지금까지 다양하다고 생각했던 현존하는 생물종의 수가 얼마나 적은지 실감할 수 있습니다. 그중에는 인간이 멸종시킨 종도 적지 않습니다.

• - 30쪽

단백질 합성은 전사와 번역 과정을 거쳐 일어나며, 전사와 번역에 관여하는 RNA는 총 세 가지입니다. 전사는 DNA의 유전자 영역에서 전령 RNA(mRNA, messenger RNA)가 합성되는 과정이며 핵 내부에서 일어납니다. 또한 리보솜 RNA(rRNA, ribosomal RNA)와 전달 RNA(tRNA, transfer RNA)가 관여하는 번역 과정은 세포질에 있는 리보솜에서 진행되지요. 리보솜은 rRNA와 다수의 리보솜 단백질로 구성된 입자로 막 구조는 없습니다. 번역은 리보솜에서 mRNA의 코돈 정보를 읽어내 그 정보에 따라 tRNA가 운반해온 아미노산을 결합해 단백질을 합성하는 것을 말하며 반드시 개시 코돈인 AUG에서 시작합니다. 따라서 아미노산 중 하나인 메티오닌(methionine)에서 단백질 합성이 시작되고, 종결 코돈인 UAA, UAG, UGA 중 하나로 끝납니다. 지금까지는 이 규칙을 깬 예외가 발견된 적이 없어 대장균부터 인간까지 모두에게 적용되는 공통 규칙으로 알려져 있어요.

• - 70쪽

바이러스에 감염되어 숙주의 게놈에 외부 유전자가 삽입되는 일도 일어납니다. 일반적으로 세포 분열 시에는 모세포의 유전 정보만 전달되지만, 바이러스는 숙주 게놈을 파고드는 성질을 이용해 증식하기 때문에 바이러스의 공격을 받으면 바이러스 게놈이 숙주 게놈에 삽입됩니다.

그 밖에 게놈 내부를 돌아다니는 유전자인 ‘전이 인자(transposon)’가 환경 인자의 영향을 받아 유도되는 일도 있습니다. 또한 항체 생산 세포와 같이 면역에 관련된 세포에서는 게놈 수준으로 항체 생산 유전자의 재조합이 일어나기도 해요. 이처럼 체세포는 수정란의 복제 세포라고는 하지만 그 안에 있는 게놈 DNA는 의외로 상처투성이라 할 수 있습니다.

• - 92쪽

aa 유전자형을 가진 사람이 술을 단숨에 들이켜면 목숨을 잃을 수도 있습니다. 따라서 이런 사람에게 술을 마시라고 강요하는 행위는 살인 미수와 다름없습니다. 물론 실제로는 과실 치상죄가 되겠지만, 불행하게도 마신 사람이 사망에 이르면 살인죄(과실 치사죄)가 됩니다. 술을 마시지 못하는 사람에게 억지로 몰아붙여 마시게 하면 강요죄, 술을 강요하는 행위를 말리지 않으면 상해 방조죄, 술에 취한 동료를 방치하면 유기죄가 성립될 수 있으니 조심하세요.

알다시피 유전자는 부모로부터 유전됩니다. 성장하는 도중에 돌연변이가 발생해 갑자기 a 유전자가 A 유전자로 바뀔 가능성은 없습니다. 술을 잘 마시는지 못 마시는지는 태어날 때부터 유전자에 기록되어 있는 셈입니다. 그러니 애초에 술을 못 마시는 사람이 훈련을 한다고 해서 잘 마시게 되는 것도 아니고, 술을 못 마신다고 해서 의지가 부족한 것도 아님을 기억하세요.

• - 108쪽

유전자에 대해서는 인간의 유전자 다섯 가지를 소개했습니다. 유전자의 전체 모습을 보여주고자 일부러 재미없는 염기 서열과 아미노산 서열까지 제시했지만, 구체적인 서열의 의미까지 해석할 필요는 없어요. 전체 서열을 보여준 이유는 전체적으로 보았을 때 아주 작은 변이 하나로도 다양한 표현형의 차이가 발생한다는 사실을 실감하길 바라는 마음에서였습니다.

이 책에서 소개한 다섯 가지 염기 서열을 다 합치면 총 9,716개입니다. 인간의 게놈은 약 30억 개의 염기로 이루어져 있으며 그 안에 2만 개 이상의 유전자가 포함되어 있다고 했습니다. 이 책에 등장한 염기 서열이 길어 보일 수도 있지만, 사실 고작 인간 게놈의 31만분의 1에 불과하답니다. 우리가 감히 상상할 수 없을 만큼 방대한 정보, 그것이 바로 게놈입니다.

• - 118쪽

이번에는 범죄 수사나 친자 검사, 또는 식품의 표시 의무 위반을 판정할 때 자주 사용하는 방법인 ‘DNA 감정’에 관해 살펴보겠습니다. 개인을 특정할 때는 게놈 안에서 많이 보이는 반복 서열을 이용합니다. 게놈에서 유전자 영역이 차지하는 비율은 1퍼센트 정도로, 그 외 영역의 53퍼센트는 중복 서열과 반복 서열이 차지하고 있습니다. 또한 게놈 내부에 있는 반복 서열 한 개를 자세히 살펴보면 반복 횟수가 개인마다 다르다는 사실을 알 수 있습니다. 이렇게 개인차가 있는 반복 영역을 여러 개 고른 다음, 각각 몇 번 반복되는지 알아내면 개인을 특정할 수 있습니다. 이때도 물론 PCR을 이용합니다.

• - 142쪽

모든 표현형이 단순히 유전자 한 개로 결정된다는 말은 아니니 오해하지 마세요. 대부분은 여러 유전자가 관련되어 있답니다. 게다가 ‘음악적 재능을 보여주는 유전자’나 ‘낙천적인 성격을 결정하는 유전자’처럼 능력이나 성격에 관련된 유전자는 아직 발견하지 못했고, 아마 앞으로도 발견하기 어려울지도 모릅니다. 

- 181쪽

배움에는 끝이 없고, 세상에는 신비로운 것들이 너무 많으니까!

몰라도 괜찮지만 배우면 훨씬 더 교양 있는 ‘일상 과학’의 세계로 들어가 보자

내가 배운 물리, 화학, 생물은 정말 어려운 것이었을까? 그렇게나 풀기 싫었던 미적분과 기하학은 대체 왜 배워야 했던 걸까. 일상에서 써먹을 수 있는 날이 오기는 할까? 그런 의문을 마음 어디엔가 품고 있었다면, ‘하루 한 권 시리즈’를 펼쳐 보자.

내일을 바꾸는 단 한 권의 지식, 하루 한 권 시리즈!

하루 한 권 시리즈는 우리가 일상에서 활용할 수 있도록 과학이 갖춘 실용적인 모습을 파헤치는 과학 교양 도서다. 과학을 잘 모르는 사람들도 쉽게 읽고 이해할 수 있도록 도판, 표, 친절한 설명을 통해 최대한 쉽게 내용을 담았다. 예컨대 어떻게 하면 훨씬 더 과학적으로 노력할 수 있는지, 어제 사 온 씨앗을 가장 빨리 싹틔우는 방법, 새집 증후군은 왜 생기는지까지. 일상에서 마주할 법할 부분들을 과학적으로 설명했다. 어렵거나 이해할 수 없는 내용이 아니라 우리 삶과 밀착된 문제를 과학을 통해 풀어내고, 그것들을 어떻게 바라보면 좋을지 함께 고민하는 책이다. 배움에는 끝이 없고 세상에는 너무 신기한 것들이 많으니까. 우리가 살아가는 일상의 ‘어떤’ 현상들을 과학의 눈으로 분석적으로 바라볼 수 있다면 얼마나 좋을까? 그것도 아주 가볍게, 책 한 권으로 말이다. 그리고 그러한 시각을 가진다는 건, 우리가 살아감에 있어 생존의 무기 하나를 더 가지게 됨을 의미한다. 이러한 무기는 우리가 어떤 현상에 지혜롭게 대처하고 싶을 때 활용할 수 있는 힘이 되어줄 것이다.

다양한 주제, 내 취향에 맞는 카테고리를 찾아보자!

책은 한 손에 가볍게, 지식은 머릿속 깊숙이! 언제 어디서나 가볍게 읽을 수 있도록 한 손에 들어오는 작은 크기로 만들었다. 각각의 주제마다 검증된 집필진이 써 내려가는 과학의 세계를 탐험하다 보면, 어느 순간 숫자와 지식으로 바라보는 세계에 푹 빠지게 될지도 모른다. 지하철이나 버스, 쉬는 시간에 조금씩 읽을 수 있도록 아주 쉽고 재미있는 내용으로만 구성했다. 세상을 분석적으로 바라보는 나의 모습을 기대해도 좋다. 주제 역시 물리, 화학, 생물학, 지구과학, 수학 등 다양한 카테고리로 구성되어 있어 내 취향에 맞는 책으로만 꺼내 읽기에도 적당하다. 나는 어떻게 하면 천재가 되어 일류의 세계로 향할 수 있는지… 사람이 만들어 낸 ‘진짜 광기’의 화학 물질이 무엇인지. 이런 뜬금없는 질문도 좋다. 우리가 단순히 감각하는 세상 말고, 세상의 보이지 않는 현상까지도 과학적으로 풀어내 보자. 과학은 이론이 아니라 실전이니까!

모든 생물의 기본 구조는 ‘세포’

최근 방사능에 대한 논란이 거세지면서 ‘유전자’라는 단어에 대한 인상도 부정적이게 되었다. 하지만 모든 생물의 기본 구조는 세포로 구성되어 있다. 즉, 유전자로 구성되어 있는 것이다. 이 책에는 유전자와 비슷한 의미로 사용되는 ‘게놈’과 ‘DNA’를 주로 다루며 생명을 구성하고 유지하는 시스템이 어떻게 운영되는지를 다룬다. 한편 사람과 다른 생물의 구성이 어떻게 다른지, 또 얼마나 비슷한지 비교하고 환경의 변화에 따라 어떤 것이 채택되고 멸종되었는지 생각해볼 수 있다. 유전자를 무조건 오해하고 거부하기보다는 생물을 구성하는 원리를 과학적으로 이해하는 것이 앞으로 다가올 환경에 적응하는 것에 더 도움을 줄 것이다.