시월 상달이 되면 연례행사로 노벨상의 각 분야별 수상자가 발표된다. 문학상과 함께 물리학이나 화학, 의학생리학 분야에서 한국의 과학자나 문학인이 선정되지 않는지, 서울의 언론들이 해당 분야 인사들보다 더 촉각을 세우기 마련이다.

올해는 물리학 분야에서 세 사람의 일본과학자가 공동 수상하게 되어 일본이 소란하던 중/화학분야에서도 미국에 체류하는 일본 화학자가 공동수상의 영예를 안게 되어 일본 과학의 저력을 알게 해 주었다. 어느 국민이 수상의 영예를 안게 되는가 보다는 올해에는 어떤 주제로 공적이 인정되었는지가 더 궁금하다.

미국 우즈홀 해양생물연구소의 시모무라 오사무 박사(80)는 1961년 발광 해파리에 있는 청색발광물질(Aequorin)을 분리하고 이것이 발광할 때 해파리가 녹색의 형광을 띄는 것이, 초록형광단백질(GFP)에 의한 것임을 규명하였다. 이 연구는 생물학의 기초적인 탐구과제여서 30여년 빛을 보지 못하다가 1994년 컬럼비아 대학의 신경생물학자인 M, Chalfie 교수가 세포내의 유전자발현 과정의 규명을 위한 표지물질로 이용하면서 활용의 길이 열렸다.

그는 GFP의 원본 유전자를 해파리에서 분리하여 대장균이나 회충의 세포 내에 이식한 후, 증식시켜 다량의 GFP를 얻어 실험에 사용하였다. 원래 세포 내에서는 단백질이나 다른 고형물질의 농도가 아주 낮기 때문에 이들의 변동상태를 감지하려면 형광물질이나 동위원소 등 표지물질의 부착이 필요하다고 한다.

Chalfie의 정제GFP에 대한 소문은 순식간에 퍼져 나갔으며 UC 산디에고의 R. Tsien박사가, GFP의 유사 단백질들을 녹색뿐 아니라 가시광선 영역의 다양한 변성 표지물질을 만들어 세포내의 동시다발적인 유전자발현을 추적할 수 있게 하였다. 초기 자외선 발광이 전제되었으나, 산소 존재 하에서도 형광이 발현되도록 개량하여 암세포의 형성과정 및 뇌세포의 퇴화과정 추적 등이 가능하게 되었다.

의학이나 생명과학 기초연구의 길을 열었기 때문에 Shimomura, Chalfie, Tsien 등 3인의 노벨 화학상 수상에 대하여 미국의 의학계가 더 치하하는 것이 눈에 띈다. GFP는 현미경의 발명에 비유되며, 작년 한해 동안 12천 편의 관련논문이 발표되는 것으로 보아 “의학연구를 혁신한다”는 표현이 과장이 아닌 듯하다. 미국화학회의 현 회장인 B.E. Bursten은 이번의 화학상은 “생물학과 의학의 진보를 촉진하기 위하여 화학이 보이지 않지만 얼마나 중요한 역할을 하는지 입증하는 것”이라고 평가했다.

최근 이 단백질 표지물질 부착과 관련한 화학분야 연구는 단백질과 표지물질 사이에 고분자나노 물질로 된 담체를 부가하고 형광물질이나 기타 발현물질이 일정기간 서서히 발현되게 하여 가령, 암세포의 전이 여부와 경과를 실시간으로 관찰할 수 있게 하여 환부에 불의의 사태가 오지 않도록 하는 것이 있다.

다른 연구분야는 표지물질의 부착 시에 선택성을 높이고 속도를 빨리 하여 생체내의 변화에 적절히 대응하게 하는 것이다. 옥텐 단백질 부가물을 테트라진에 부착시키는 반응은 전술한 형광물질 부착하는 경우보다 100배나 빠른 시간에 이루어지고 부 반응이 전혀 없도록 개선하였다고 한다. 이들 徐放性 표지물질이나 신속추가물질들은 실험실에서 개발되는 단계여서 상용 시기는 아직 명확하지 않다.

과학 분야의 노벨상은 공로상이라고 할 만치 해당연구 분야가 물질과학과 생명과학 기술에 응용되고, 기술과 산업의 진보에 대한 기여가 확실할 때 수여되는 모습을 보여주고 있다.

이번의 화학상도 GFP를 발견한지 47년이 지나고 의학연구에 응용되어 확실한 결과가 나올 때에야 공로가 인정되었고, 올해의 물리학상은 이론적으로 쿼크 소립자의 존재를 설명하였으나 30년이 지나 실험으로 입증이 된 후에야 수상 후보가 되었다는 것이 그 이유다.

작년의 화학상은 독일의 G. Ertl(72)에게 수여되었는데 그의 공적은 40여 년간 계면화학의 체계화에 기여한 업적과 그 연구결과가 질소비료공정, 자동차배기가스 정화촉매 등에 실용된 것에 대한 실적을 인정한 상 이었다. 1932년 I. Langmuir에게 수여된 화학상 이후 처음으로 계면화학에 수여된 것이라고 하니 의의가 있다.

재작년에 60주년을 넘긴 한국 화학계로서는 공적에서 요구되는 연륜과 응용 실적으로 보아 노벨상을 기대하는 것이 아직 힘들게 보인다. Langmuir가 수상한 3,40년대에는 신 발견의 시대여서 특정분야의 발명과 발견만으로 화학상이 수여되고 심사위원이 누구냐에 따라 선정여부가 달라지기도 하였다.

열역학 제3법칙으로 유명한 W. H. Nernst는 S. A. Arrhenius가 화학상 심사위원장으로 있는 동안은 수상하지 못 하였고 Nernst는 산-염기 이론을 확립한 G. N. Lewis의 공적을 깎아 내리는데 열중하였다고 한다. Lewis는 전자쌍이론을 바탕으로 하는 전기화학을 확립하며 UC 버클리를 당대 최고의 화학학부로 키웠으나 종내 노벨상을 받지 못하고 실험실에서 비명에 갔다고 한다.


이런 부정적인 이야기를 꺼내는 것은, 노벨 화학상을 신 포도로 보는 것이 아니다. 우리 화학자가 화학상을 근년에 수상하려면, 당사자의 노력과 공적이 필수적이지만, 스웨덴과 미국에서의 학계 내 관계를 우호적으로 유지하는 일에 공력을 들여야 함을 지적하는 것이다.

미래산업연구소(www.miri.or.kr) 정승택 연구위원 stchong@paran.com

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