아다 요나트: 리보솜, 결정학, 그리고 항생제 내성 극복을 위한 여정

2013년 가하리쉬 N. 남푸티리가 촬영한 아다 요나트 사진 "출처: 위키미디어 커먼즈(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ada_E._Yonath.jpg), 라이선스: CC BY-SA 3.0"

 

세포 내 단백질 공장인 리보솜의 비밀을 밝혀낸 여성 과학자, 아다 요 나트(Ada E. Yonath, 1939년 6월 22일 ~ )에 대해 알아보신 적 있으신가요? 그녀는 X선 결정학을 이용하여 리보솜의 3차원 구조를 규명하고, 이를 통해 항생제 내성을 극복하기 위한 연구를 선도하는 이스라엘의 결정학자입니다. 이 글에서는 요 나트의 삶과 그녀의 핵심 연구 업적인 리보솜 구조 규명, X선 결정학 기술 활용, 그리고 항생제 내성 극복 연구에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 리보솜: 생명체의 단백질 공장, 그 복잡한 구조를 밝히다

아다 요 나트는요 나트는 1939년 예루살렘에서 태어났습니다. 어린 시절, 그녀의 가족은 가난했지만 교육의 중요성을 강조했습니다. 요 나트는 어린 시절부터 호기심이 많았고, 특히 과학에 관심이 많았습니다. 그녀는 히브리 대학교에서 화학 학사 학위를, 와이즈만 과학 연구소에서 X선 결정학으로 박사 학위를 받았습니다. 이후 카네기 멜론 대학교와 MIT에서 박사 후 연구원으로 활동하며 단백질 결정학 연구를 수행했습니다. 1970년대, 요 나트는 리보솜의 구조를 밝히는 연구에 도전했습니다. 리보솜은 세포 내에서 단백질을 합성하는 세포 소기관으로, 모든 생명체에 필수적인 역할을 합니다. 하지만 리보솜은 매우 복잡한 구조를 가지고 있어 당시 기술로는 그 구조를 규명하는 것이 매우 어려웠습니다.

요 나트는 X선 결정학 기술을 이용하여 리보솜의 구조를 밝혀내기 위해 노력했습니다. X선 결정학은 X선을 결정에 쏘아 회절 패턴을 분석하여 결정의 구조를 규명하는 기술입니다. 하지만 리보솜은 크고 복잡한 구조를 가지고 있어 결정화하기가 매우 어려웠습니다. 요 나트는 극한 미생물에서 추출한 리보솜을 사용하여 결정화 실험을 수행했습니다. 극한 미생물은 고온, 고압, 또는 고염 환경과 같이 극한의 환경에서 살아남는 미생물로, 일반적인 미생물보다 안정적인 리보솜을 가지고 있습니다. 요 나트는 수년간의 끈질긴 노력 끝에 마침내 리보솜을 결정화하는 데 성공했고, X선 회절 실험을 통해 리보솜의 3차원 구조를 원자 수준에서 규명했습니다. 이는 생명과학 발전에 큰 획을 그은 업적으로, 단백질 합성 과정을 이해하고, 새로운 항생제를 개발하는 데 중요한 정보를 제공했습니다.

2. X선 결정학: 생명의 분자 구조를 밝히는 강력한 도구

X선 결정학 은 X선을 결정에 쏘아 회절 패턴을 분석하여 결정의 구조를 규명하는 기술입니다. 이 기술은 분자의 3차원 구조를 밝히는 데 매우 유용하며, 생물학, 화학, 그리고 재료 과학 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. X선 결정학의 원리는 다음과 같습니다. X선은 파장이 매우 짧은 전자기파로, 결정 내부의 원자에 의해 산란됩니다. 산란된 X선은 서로 간섭을 일으켜 특정 방향으로 강하게 나타나는데, 이를 회절 패턴이라고 합니다. 회절 패턴은 결정의 구조에 따라 달라지기 때문에, 회절 패턴을 분석하면 결정의 구조를 알 수 있습니다. X선 결정학은 1912년 막스 폰 라우에에 의해 처음 개발 되었으며, 이후 윌리엄 헨리 브래그와 윌리엄 로렌스 브래그 에 의해 더욱 발전되었습니다. X선 결정학은 DNA, 단백질, 그리고 바이러스 와 같은 생체 분자의 구조를 밝히는 데 중요한 역할을 했으며, 현대 생명과학 발전에 크게 기여했습니다. 아다 요 나트는 X선 결정학 기술을 이용하여 리보솜의 구조를 밝혀낸 선구자입니다. 그녀는 리보솜 결정화 및 X선 회절 데이터 분석 과정에서 많은 어려움을 극복하고, 마침내 리보솜의 3차원 구조를 원자 수준에서 규명하는 데 성공했습니다. 이는 생명과학 역사상 가장 중요한 발견 중 하나로, 단백질 합성 과정을 이해하고, 새로운 항생제를 개발하는 데 중요한 정보를 제공했습니다.

3. 항생제 내성 극복: 리보솜 연구, 새로운 항생제 개발의 길을 열다

항생제 내성 은 세균이 항생제에 대한 저항성을 갖게 되는 현상으로, 심각한 공중 보건 문제입니다. 항생제 내성균은 기존의 항생제로는 치료가 어렵기 때문에, 새로운 항생제 개발이 시급합니다. 아다 요 나트는 리보솜 구조에 대한 연구를 바탕으로 항생제 내성을 극복하기 위한 연구를 선도하고 있습니다. 그녀는 리보솜의 특정 부위에 결합하여 단백질 합성을 억제하는 항생제를 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 많은 항생제는 세균의 리보솜에 결합하여 단백질 합성을 억제함으로써 세균을 죽이거나 성장을 막습니다. 하지만 항생제 내성균은 리보솜의 구조가 변형되어 항생제가 결합하지 못하거나, 항생제를 분해하는 효소를 생성하여 항생제의 효과를 무력화합니다. 요 나트는 **X선 결정학을 이용하여 항생제가 리보솜에 어떻게 결합하는지, 그리고 어떻게 단백질 합성을 억제하는지 규명했습니다. 또한, 그녀는 항생제 내성균의 리보솜 구조를 분석하여 항생제 내성 메커니즘을 이해하고, 내성을 극복할 수 있는 새로운 항생제 개발에 기여했습니다. 요 나트는 리보솜의 구조 정보를 바탕으로 새로운 항생제 표적을 찾는 연구를 수행했습니다. 리보솜은 매우 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에, 항생제가 결합할 수 있는 다양한 부위가 존재합니다. 요 나트는 리보솜의 기능에 필수적인 부위를 찾아 선택적으로 결합하는 항생제를 개발하려고 노력했습니다. 또한, 요 나트는 기존 항생제와 다른 작용 기전을 가진 새로운 항생제를 개발하는 연구도 수행했습니다. 기존의 항생제는 주로 세균의 세포벽 합성을 억제하거나 DNA 복제를 방해하는 방식으로 작용합니다. 하지만 이러한 항생제에 내성을 가진 세균들이 증가하고 있습니다. 요 나트는 리보솜의 기능을 억제하는 새로운 항생제를 개발하여 항생제 내성 문제를 극복하고자 했습니다. 요 나트의 항생제 연구는 감염병 치료에 새로운 지평을 열었습니다. 그녀의 연구는 더 효과적이고 안전한 항생제를 개발하는 데 기여했으며, 항생제 내성 문제를 해결하기 위한 노력에도 큰 영향을 미쳤습니다.