조슈아 레더버그

1. 개요

조슈아 레더버그는 미국의 분자생물학자로서 세균 유전학 연구에 크게 기여하여 1958년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 그는 세균 접합, 형질도입, 그리고 복제 평판법 개발에 중요한 역할을 했다. 또한 스탠퍼드 대학교에서 유전학 부서를 창설하고 우주 생물학 연구를 개척했으며, 록펠러 대학교 총장을 역임했다. 레더버그는 우생학적 사상을 옹호하고 유페닉스라는 개념을 제시하기도 했다.

2. 초기 생애와 교육

레더버그는 1925년 뉴저지주 몬트클레어에서 랍비 츠비 히르쉬 레더버그와 에스더 골덴바움 슐만 레더버그 사이의 유대인 가족으로 태어났으며, 유아기에 맨해튼 워싱턴 하이츠로 이사했다. 그는 두 명의 남동생이 있었다. 1941년 15세의 나이로 뉴욕 시티의 스태이베선트 고등학교를 졸업했다. 졸업 후 웨스팅하우스 과학 인재 탐구의 전신인 아메리칸 연구소 과학 연구소에서 실험실 공간을 받았다. 1941년 컬럼비아 대학교에 입학하여 동물학을 전공했다. 프랜시스 J. 라이언의 지도를 받아 빵 곰팡이 신경 포자 빵 곰팡이에 대한 생화학 및 유전학 연구를 수행했다. 의학 박사 학위를 받고 군 복무 의무를 다하기 위해 1943년 세인트 올반스 해군 병원의 임상 병리학 실험실에서 병원 군의관으로 일하며 선원들의 혈액 및 대변 샘플에서 말라리아를 검사했다. 그는 1944년에 학사 학위를 받았다.

3. 세균 유전학 연구

조슈아 레더버그는 오스왈드 에이버리의 DNA 중요성 발견에 영감을 받아, 세균이 유전 정보를 단순히 복제하는 것이 아니라 세균 접합과 형질도입과 같은 방식으로 유전 정보를 교환한다는 가설을 세우고 연구했다. 그는 에드워드 테이텀과의 공동 연구를 통해 대장균이 세균 접합을 통해 유전 정보를 공유한다는 것을 밝혀냈다. 이후, 레더버그는 대학원생 노턴 진더와 함께 박테리오파지를 이용해 살모넬라균이 유전 정보를 교환하는 형질도입 현상을 발견했다. 이러한 발견들은 서로 다른 종의 세균이 어떻게 항생제에 대한 내성을 빠르게 얻을 수 있는지 설명해 주었다. 1956년에는 M. 로렌스 모스, 에스터 레더버그, 조슈아 레더버그가 특수한 형질도입을 발견했다.

1957년, 레더버그는 위스콘신 대학교-매디슨에 의학 유전학과를 설립하고, 캘리포니아 대학교 버클리와 멜버른 대학교에서 세균학 객원 교수를 역임했다. 같은 해 미국 국립 과학원 회원으로 선출되었다.

3.1. 세균 접합의 발견

조슈아 레더버그는 컬럼비아 대학교 의과대학에서 의학 공부를 하면서 실험을 계속했다. 오스왈드 에이버리의 DNA 중요성 발견에 영감을 받아, 박테리아가 유전 정보를 단순히 정확하게 복사하여 전달하는 것이 아니라, 계통의 모든 세포가 본질적으로 클론이라는 가설을 연구하기 시작했다. 컬럼비아에서 별다른 진전을 보지 못한 레더버그는 에드워드 테이텀에게 협력을 제안하는 편지를 썼는데, 테이텀은 라이언의 박사 후 연구 멘토였다. 1946년과 1947년에 레더버그는 예일 대학교에서 테이텀의 지도를 받기 위해 휴가를 떠났다. 레더버그와 테이텀은 세균 대장균이 세균 접합을 통해 유전 정보를 공유할 수 있는 성적 단계를 거친다는 것을 보여주었다. 이 발견과 대장균 염색체의 일부 지도를 통해 레더버그는 1947년 예일 대학교에서 박사 학위를 받을 수 있었다.

3.2. 형질도입의 발견과 복제 평판법 개발

레더버그는 컬럼비아 대학교 의과대학에서 의학 공부를 하면서 실험을 계속했다. 오스왈드 에이버리의 DNA의 중요성 발견에 영감을 받아, 박테리아가 유전 정보를 단순히 정확하게 복사하여 전달하는 것이 아니라, 계통의 모든 세포가 본질적으로 클론이라는 가설을 연구하기 시작했다. 컬럼비아에서 별다른 진전을 보지 못한 레더버그는 에드워드 테이텀에게 협력을 제안하는 편지를 썼고, 1946년과 1947년에 예일 대학교에서 테이텀의 지도를 받았다. 레더버그와 테이텀은 세균 대장균이 세균 접합을 통해 유전 정보를 공유할 수 있는 성적 단계를 거친다는 것을 보여주었다. 이 발견과 대장균 염색체의 일부 지도를 통해 레더버그는 1947년 예일 대학교에서 박사 학위를 받을 수 있었다.

위스콘신 대학교-매디슨에서 유전학 조교수직을 제안받아 수락한 레더버그는, 1950년에 박사 학위를 받은 아내 에스터 레더버그와 함께 위스콘신으로 갔다.

1951년, 조슈아 레더버그와 노턴 진더는 바이러스 물질을 중간 단계로 사용하여 살모넬라 티피뮤리움 박테리아의 한 균주에서 다른 균주로 유전 물질을 전송할 수 있음을 보여주었다. 이 과정을 형질도입이라고 한다. 1956년에 M. 로렌스 모스, 에스터 레더버그, 조슈아 레더버그는 특수한 형질도입을 발견했다. 특수한 형질도입 연구는 대장균의 람다 파지 감염에 초점을 맞추었다. 형질도입과 특수한 형질도입은 서로 다른 종의 박테리아가 동일한 항생제에 매우 빠르게 내성을 얻을 수 있는 방법을 설명했다.

에스터 레더버그는 조슈아 레더버그의 실험실에서 일하는 동안, 후에 조슈아 레더버그와 루이지 루카 카발리-스포르차와 함께 출판한 수정 인자 F를 발견했다. 또한 레더버그 부부는 1952년에 공동으로 복제 배양법 기술을 개발했다.

3.3. 수정 인자 F 발견

에스터 레더버그는 조슈아 레더버그의 실험실에서 일하면서 수정 인자 F를 발견했으며, 이 내용은 후에 조슈아 레더버그와 루이지 루카 카발리-스포르차가 함께 출판했다. 1956년, 일리노이 세균학회는 조슈아 레더버그와 에스터 레더버그에게 미생물학 및 유전학 분야에 대한 탁월한 공헌을 인정하여 파스퇴르 메달을 동시에 수여했다.

3.4. 파스퇴르 메달 수상

1956년, 일리노이 세균학회는 조슈아 레더버그와 에스터 레더버그에게 "미생물학 및 유전학 분야에 대한 탁월한 공헌"을 인정하여 파스퇴르 메달을 동시에 수여했다.

3.5. 의학 유전학과 설립

조슈아 레더버그는 컬럼비아 대학교 의과대학에서 의학 공부를 하면서 실험을 계속했다. 오스왈드 에이버리의 DNA 중요성 발견에 영감을 받아, 레더버그는 박테리아가 유전 정보를 단순히 정확하게 복사하여 전달하는 것이 아니라, 계통의 모든 세포가 본질적으로 클론이라는 가설을 연구하기 시작했다. 컬럼비아에서 별다른 진전을 보지 못한 레더버그는 에드워드 테이텀에게 협력을 제안하는 편지를 썼는데, 테이텀은 라이언의 박사 후 연구 멘토였다. 1946년과 1947년에 레더버그는 예일 대학교에서 테이텀의 지도를 받기 위해 휴가를 떠났다. 레더버그와 테이텀은 세균 대장균이 세균 접합을 통해 유전 정보를 공유할 수 있는 성적 단계를 거친다는 것을 보여주었다. 이 발견과 대장균 염색체의 일부 지도를 통해 레더버그는 1947년 예일 대학교에서 박사 학위를 받을 수 있었다.

레더버그는 컬럼비아로 돌아가는 대신 위스콘신 대학교-매디슨에서 유전학 조교수직을 제안받아 이를 수락했다. 1951년, 조슈아 레더버그와 노턴 진더는 바이러스 물질을 중간 단계로 사용하여 살모넬라 티피뮤리움 박테리아의 한 균주에서 다른 균주로 유전 물질을 전송할 수 있음을 보여주었다. 이 과정을 형질도입이라고 한다. 형질도입과 특수한 형질도입은 서로 다른 종의 박테리아가 동일한 항생제에 매우 빠르게 내성을 얻을 수 있는 방법을 설명했다.

1957년에 조슈아 레더버그는 위스콘신 대학교-매디슨에 의학 유전학과를 설립했다.

4. 노벨상 수상 이후의 연구

1958년 노벨 생리학·의학상을 수상한 후, 레더버그는 스탠퍼드 대학교에서 유전학 연구를 이어갔다. 그는 프랭크 맥팔레인 버넷과 함께 바이러스 항체를 연구했으며, 우주 탐사가 생물학에 미치는 영향에 대한 연구를 통해 NASA의 생물학 분야 확장에 기여했다. 1978년에는 록펠러 대학교 총장으로 취임하여 1990년까지 재직했다.

레더버그는 경력 전체에 걸쳐 미국 정부의 과학 자문관으로 활동했다. 1950년부터 대통령 과학 자문 위원회 위원으로 활동했으며, 1979년에는 미국 국방 과학 위원회 위원이자 지미 카터 대통령의 대통령 암 패널 의장을 맡았다. 1989년에는 미국 국가 과학 메달을 받았다. 1994년에는 걸프 전쟁 증후군을 조사한 국방부 태스크 포스를 이끌었다.

1986년, 레더버그는 1979년 소련 탄저균 유출 사고 조사에 참여하여 소련 측 입장을 지지했다. 그러나 1990년대 초 미국의 조사에서 이 발병이 군사 시설에서 탄저균 병원체의 에어로졸이 방출되어 발생한 것임이 확인되었다.

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4.1. 스탠퍼드 대학교와 우주생물학 연구

1958년 조슈아 레더버그는 노벨 생리학·의학상을 수상하고 스탠퍼드 대학교로 옮겨 유전학과를 창설하여 학과장을 맡았다. 그는 프랭크 맥팔레인 버넷과 협력하여 바이러스 항체를 연구했다.

1957년 스푸트니크 1호 발사 이후 레더버그는 우주 탐사의 생물학적 영향에 대해 우려했다. 그는 미국 국립 과학 아카데미에 보낸 편지에서 우주선에 탑재된 외계 미생물이 지구에 침투하여 치명적인 질병을 유발할 수 있다는 우려를 제기했다. 그는 또한 반대로 인공위성과 탐사선의 미생물 오염이 외계 생명체 탐색을 모호하게 할 수 있다고 주장했다. 그는 귀환하는 우주 비행사와 장비에 대한 격리, 발사 전 장비 멸균을 권고했다. 칼 세이건과 팀을 이뤄 그가 우주생물학(exobiology)이라고 부른 것에 대한 공개적인 옹호는 NASA에서 생물학의 역할을 확대하는 데 기여했다.

1960년대에 그는 스탠퍼드 컴퓨터 과학과의 에드워드 파이겐바움과 협력하여 DENDRAL을 개발했다.

4.2. DENDRAL 개발

1960년대에 그는 스탠퍼드 컴퓨터 과학과의 에드워드 파이겐바움과 협력하여 DENDRAL을 개발했다.

4.3. 록펠러 대학교 총장 재직

1978년 록펠러 대학교 총장이 되었으며, 1990년 분자 유전학과 정보학 명예 교수가 될 때까지 재직했다.

5. 과학 자문 활동

레더버그는 평생 동안 미국 정부의 과학 자문관으로 활동했다. 1950년부터 대통령 과학 자문 위원회 위원으로 활동했으며, 1979년에는 미국 국방 과학 위원회 위원 및 지미 카터 대통령 암 패널 의장을 역임했다. 1989년에는 미국 국가 과학 메달을 수상했고, 1994년에는 걸프 전쟁 증후군을 조사한 국방부 태스크 포스를 이끌었다.

5.1. 스베르들롭스크 탄저병 유출 사고 관련 입장

1986년, 레더버그는 러시아 예카테린부르크(과거 스베르들롭스크)시에서 1979년 발생하여 66명의 사망자를 낸 소련의 탄저균 유출 사고에 대한 실태 조사 임무를 맡았다. 그는 탄저병이 동물에서 인간으로 전염된 것이라는 소련 측 입장을 지지하며 "모든 유행병을 둘러싸고 헛소문이 퍼진다"면서 "현재 소련의 설명이 매우 사실일 가능성이 높다"고 말했다.

그러나 소련 붕괴 이후 1990년대 초, 미국의 조사팀은 이 발병이 인근 군사 시설에서 탄저균 병원체의 에어로졸 형태로 방출되어 발생한 것임을 확인했다. 이 실험실 누출은 지금까지 기록된 것 중 가장 치명적인 사건 중 하나이다.

6. 정치 및 사회 사상

조슈아 레더버그는 허먼 J. 멀러와 프랜시스 크릭과 함께 우생학 회의에서 발표했으며, 역유전학의 문명적 전망에 대해 우려했다. 그는 저서 『인간과 그의 미래』에서 "우생학적 실천을 통해 1~2세대 만에 달성할 수 있는 것을, 현재는 10세대 또는 100세대가 걸려야 달성할 수 있을 것이다."라고 언급했다.

레더버그는 1960년대에 '좋은 외모' 또는 '정상적인 외모'를 의미하는 유페닉스(Euphenics)라는 용어를 만들었다. 이는 출생 후 인간의 표현형을 개선하는 과학으로, 문제가 있는 유전 질환에 영향을 미치기 위한 학문이다. 그는 자신이 설명한 유전자 조작이 유전자형보다는 표현형에 작용하도록 의도되었음을 강조했다. 테오도시우스 도브잔스키는 유페닉스를 옹호했다. 1970년대에는 유페닉스가 긍정적인 형태의 유전자 공학으로 여겨졌으며, 관련 연구가 활발히 진행되었다. 오늘날 유페닉스는 의학계에서 식단, 생활 방식, 환경 등을 통해 유전 질환에 긍정적인 영향을 미치는 방법을 일반적으로 지칭하는 데 사용된다.

6.1. 우생학 옹호

레더버그는 1963년 늦게까지 생리학·의학 노벨상 수상자인 허먼 J. 멀러와 프랜시스 크릭과 함께 우생학 회의에서 발표했으며, 역유전학의 문명적 전망에 대해서도 우려했다.

그는 저서 『인간과 그의 미래』에서 다음과 같이 질문했다.
>우리는 유전적 개선의 창의적인 가능성을 무시함으로써 여전히 지식의 보물을 죄스럽게 낭비하고 있지 않은가. . . 우생학적 실천을 통해 1~2세대 만에 달성할 수 있는 것을, 현재는 10세대 또는 100세대가 걸려야 달성할 수 있을 것이다.

6.2. 유페닉스 개념 제시

유페닉스(Euphenics)는 문자 그대로 "좋은 외모" 또는 "정상적인 외모"를 의미하며, 출생 후 인간의 표현형을 개선하는 과학, 일반적으로 문제가 있는 유전 질환에 영향을 미치기 위한 학문이다. 레더버그는 1960년대에 이 용어를 만들어 당시 널리 인기가 없었던 우생학과 구분했다. 그는 자신이 설명한 유전자 조작이 유전자형보다는 표현형에 작용하도록 의도되었음을 강조했다. 그는 우생학이 제안하는 것처럼 진화의 과정을 바꾸려는 시도보다는 개인의 유전자를 긍정적으로 변화시키는 것이 더 실현 가능하다고 생각했다. 테오도시우스 도브잔스키는 유페닉스의 열렬한 지지자였으며, 사람들이 정상적이고 건강한 삶을 살 수 있도록 유전 질환을 개선함으로써, 유전 질환의 영향을 줄일 수 있고, 따라서 우생학 또는 다른 종류의 유전자 조작에 대한 미래의 관심을 줄일 수 있다고 주장했다.

1970년대에는 유페닉스가 긍정적인 형태의 유전자 공학으로 여겨지면서, 이 분야의 발전에 상당한 노력이 투입되었다. 유페닉스의 최초의 공개된 응용 분야 중 하나는 1970년대에 임신 중 엽산을 함유한 비타민을 사용하여 척추 갈림증과 같은 신경관 결함을 퇴치한 것이다. 그러나 의학은 유페닉스라는 용어가 만들어지기 전에도 이미 유페닉 전략을 사용해 왔다. 유페닉스는 오늘날 의학계에서 식단, 생활 방식 또는 환경을 통해 유전 질환에 긍정적인 방식으로 영향을 미치는 방법(예: 당뇨병 조절을 위한 인슐린 사용 또는 심장 결함을 상쇄하기 위한 심박 조율기 설치)을 더 일반적으로 지칭하는 데 사용된다.

7. 수상 경력

8. 사생활

레더버그는 1946년 동료 과학자인 에스더 레더버그와 결혼했으며, 1966년에 이혼했다. 1968년에는 정신과 의사 마거릿 스타인 키르쉬와 재혼했다. 슬하에 딸 앤 레더버그와 의붓아들 데이비드 키르쉬를 두었다.