루시 샤피로

1. 개요

루시 샤피로는 미국 생물학자이자 발생생물학자로, 세균 세포 생물학 연구에 기여했다. 뉴욕에서 태어나 브루클린 칼리지에서 학위를 받았으며, 앨버트 아인슈타인 의과대학에서 박사 학위를 취득했다. 스탠퍼드 대학교 의과대학 교수로 재직하며, 아나코 파마슈티컬스, 보라겐 등 생명공학 회사 설립에 참여했다. DNA가 3차원 유기체로 변형되는 과정에 대한 연구를 진행했으며, 세균 세포 주기와 비대칭 세포 분열, 세포 분화 조절 연구를 통해 생명 현상에 대한 이해를 높였다. 미국 국립 과학상, 캐나다 게어드너 국제상 등을 수상했다.

2. 젊은 시절과 교육

루시 샤피로는 뉴욕 시 브루클린에서 세 자녀 중 장녀로 태어났다. 그의 어머니는 초등학교 교사였고, 아버지는 우크라이나 이민자였다. 뉴욕 공립 학교 169에서 초등학교를 다녔으며, 음악 예술 고등학교(피오렐로 H. 라가디아 예술 고등학교의 전신)에 입학하여 순수미술을 전공하였다.

브루클린 칼리지에 입학하여 의학 일러스트레이터가 되려고 했으며, 미술과 생물학을 복수 전공하였다. 실험적인 우등생 프로그램의 일환으로 자신만의 교육 과정을 설계할 수 있었다. 테오도어 셰들로프스키의 격려로 우등 유기 화학 수업에 들어갔으며, 거기서 유기 분자의 공간적 속성을 3차원으로 시각화하면서 공간적이고 과학적인 관심사가 서로 강화되었다. 1962년 브루클린 칼리지에서 미술 및 생물학 학사 학위를 받았다. 학부 졸업 논문에서는 피렌체의 시인 단테가 왜 라틴어가 아닌 모국어로 글을 썼는지에 대해 조사하였다.

1962년 가을, 뉴욕 대학교(NYU) 의과대학 미생물학과에서 J. 토마스 어거스트와 제라드 허위츠에 의해 실험실 기술자로 고용되었다. 허위츠는 DNA 의존성 RNA 중합 효소의 공동 발견자였다. 샤피로는 노턴 진더의 F2 RNA 파지를 사용하여 RNA 의존성 RNA 중합 효소를 찾는 임무를 받았다. 그녀는 RNA를 복사하는 효소의 활성을 감지하는 데 성공했다. 1963년 샤피로는 어거스트를 지도교수로 하여 NYU에서 대학원생이 되었다. 그 후, 해당 학과는 알버트 아인슈타인 의과대학에 신설된 분자생물학과에 합류했다. 롱아일랜드의 콜드 스프링 하버 연구소(CSHL)에서 여름 강좌를 수강하기도 했다. 1966년 알버트 아인슈타인 의과대학에서 "박테리오파지 RNA의 복제"라는 논문으로 박사 학위를 받았다.

샤피로는 브루클린에서의 초기 시절과 과학에서의 삶에 대한 성찰을 생물화학 저널과 유전학 연보에 게재했다.

3. 연구

루시 샤피로는 버나드 호레커의 제안으로 1967년 앨버트 아인슈타인 의과대학에서 자신의 연구실을 시작했다. 샤피로는 위치 정보를 핵심 연구 분야로 삼아, 세포가 3차원 구조를 어떻게 조직하는지에 초점을 맞추었다. 그녀는 유전 정보가 공간적으로 어떻게 암호화되고 번역되어 세포의 3차원 구조를 만들고, 세포 분열을 통해 서로 다른 딸세포를 형성하는지를 연구했다.

샤피로는 1967년부터 1986년까지 앨버트 아인슈타인 의과대학에서 조교수, 부교수, 교수로 재직했다. 1977년에는 분자 생물학부 학과장이 되었고, 1981년에는 아인슈타인 생명 과학부 책임자가 되었다. 1983년, 롤라 앤 솔 크레이머 분자 생물학 석좌 교수로 임명되었다.

1986년부터 1989년까지 샤피로는 컬럼비아 대학교 의과대학에서 히긴스 교수이자 미생물학과 학과장을 역임했다. 1989년 스탠퍼드 대학교 의과대학 교수가 되었고, 발생 생물학과의 창립 학과장을 맡았다. 1989년부터 1998년까지 조셉 D. 그랜트 교수였으며, 1998년에는 버지니아 앤 D.K. 루드비히 암 연구 석좌 교수가 되었다. 2001년에는 스탠퍼드 대학교 의과대학 베크만 분자 유전 의학 센터 소장이 되었다.

샤피로는 과학 분야의 여성들에게 "자신이 이야기하는 것에 대해 자신감이 있고, 과학이 뛰어나다면 누구에게도 위축될 필요가 없다"고 강조한다.

3.1. 주요 업적

카울로박터를 모델 생물로 삼아 연구한 결과, 샤피로는 세균 세포 생물학에 대한 기존의 믿음을 뒤집는 사실들을 발견하였다. 각 세포 주기에서 카울로박터는 비대칭적으로 두 개의 딸세포로 나뉜다. 하나는 유영 세포로 유영을 위한 편모를 가지고 있고, 다른 하나는 고착 생활을 위한 자루를 가지고 있다. 유주 세포는 짧은 운동성 기간 뒤 자루 세포가 된다. 염색체 복제와 세포 분열은 자루 세포에서만 일어난다. 샤피로는 단세포 카울로박터가 발달적으로 적절한 시기에 변화가 일어나도록 세포 주기의 각 단계를 조절하는 특정한 "장치"가 함께 작용하는 고도로 조직화된 공장과 유사하다는 것을 밝혀냈다. DNA는 특정 분자 집단에 의해 주기당 한 번씩 복제되며, 세포 분열은 이 공간 구성에 의존한다.

1990년대 후반, 샤피로는 대학원생 마이클 라웁과 함께 세포 주기 진행의 유전적 기초를 연구하여 DnaA, GcrA, CtrA라는 세 가지 조절 단백질을 규명하였다. 이 단백질들은 많은 유전자에 복잡한 일시적이고 공간적인 행동을 제어한다. 또한, 샤피로는 디콘 앨리와 재닌 매독과의 공동 연구를 통해 화학 수용체 단백질이 세포 내 특정 영역을 차지하고, 크리스틴 제이콥스-와그너, 재닌 매독과 함께 신호를 나타내는 포스포키나아제 또한 세포 기둥에 특정 위치를 가지고 있음을 밝혀냈다. 2005년, 샤피로는 연속현미촬영장치와 형광 꼬리표를 사용하여 염색체 영역이 정돈된 위치 특정 방식으로 복제되며, 이는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 높은 수준의 공간 구성을 수반한다는 것을 입증하였다.

샤피로의 연구는 세포 주기의 조절, 비대칭 세포 분열, 세포 분화를 연구함으로써 동일한 세균 세포가 다른 세포 유형으로 분열되는 유전 및 분자적 과정을 훨씬 더 깊이 이해하게 했다. 이는 단세포 세균에서 다세포 생물에 이르기까지 모든 생명의 밑바탕이 되는 기본 과정이다. 카울로박터의 세포 주기 과정은 줄기 세포 분열과 유사하게 두 개의 별개 세포가 발생하는데, 그 중 하나는 부모 세포와 다르며 다른 하나는 그렇지 않다.

1995년부터 할리 맥애덤스와 함께 전기 회로 분야의 견식과 분석 기술을 세균에 적용하여 생물학적 체계가 전체적으로 어떻게 작동하는가를 조사하였다. 게놈 기반의 전산 모형, 특히 조절망의 연구는 시스템 생물학에서 점차 중요해지고 있다. 카울로박터의 세포 주기 제어 논리를 상태 기계로 검토하면 세균 세포 주기 조절을 전체 세포 현상으로 이해할 수 있다.

3.2. 생명공학

2002년, 샤피로는 물리학자이자 발생생물학자인 할리 맥애덤스, 펜실베이니아 주립 대학교의 화학자 스티븐 벤코빅과 함께 아나코 파마슈티컬스를 설립하였다. 팔로알토에 위치한 이 생명공학 회사의 목적은 새로운 유형의 항생제와 항진균제를 설계하고 개발하는 것이었다. 이들은 붕소 원자를 포함하는 소분자의 새로운 부류를 개발하였으며, 손발톱의 진균류 치료제 커르딘의 FDA 승인을 받아, 지난 25년 동안 만들어진 두 가지 항진균제 중 하나를 생산하였다. 두번째 약물은 아토피성 피부 치료제 크리사보롤로, 2015년 3단계 임상 시험을 성공적으로 마무리지었다. 2015년, 샤피로, 벤코빅, 핑크와 심멜은 가정과 농업용 붕소 포함 라이브러리를 이용하기 위해 Boragen, LLC를 설립하였다.

3.3. 과학 정책 자문 및 사회 활동

샤피로는 클린턴 정부와 부시 정부에 자문을 제공하였다. 그는 스탠퍼드 대학교 프리먼 스포질 국제 연구소의 국제 안보 및 협력 센터에 소속되어 있다. 그는 신종 전염병의 잠재적 영향력을 특히 염려하고 있다. 전염병에 특별히 중요한 관심을 두어야 하는 여러 문제가 있다. 그 중 하나는 1950년대 항생제 과다 사용의 결과로 나타나고 있는 항생제에 내성을 갖는 미생물의 발달이다. 샤피로는 약물 내성 세균의 발달을 막기 위해 특정 세균과 이 세균의 약물 내성 기제를 공격하는 약물 개발에 관여하고 있다. 또 하나의 염려는 증가된 해외 여행과 미개척 지역으로의 인구 확장 및 기후 변화로 인해 세균이 이전에 노출되지 않은 인구 집단에 들어가게 되는 것이다. 여기에는 인플루엔자와 같이 한 종에서 다른 종으로 이동하는 동물 매개 전염병도 포함된다. 자연적으로 발생하거나 의도적으로 발생한 생물학적 위협에 대처하기 위해서는 세포 및 해당 환경의 세포 개체수에서 내부적으로 관련된 기제를 이해하는 것이 필수적이다. 샤피로는 생명 체계의 복잡성 이해의 중요함을 강조하며, 이 체계에 개입하는 것이 예상치 못한 결과를 낳을 수 있다는 것을 인식할 필요가 있음을 부각한다.

4. 수상 및 영예