2006년 04월 25일
생명과학이란 무엇인가?(2) / 김우재
 

3.    생명과학의 다양한 분과 및 분과별 핵심논의 주제.


이미 언급된 바 있듯이 생명과학분야는 너무나 광대해서 분류하기가 쉽지 않습니다. 여기에서는 현재 우리나라의 학부과정을 중심으로 현대생명과학의 기초가 되는 몇 가지 학문분야에 대해 설명하도록 하겠습니다.


가.   세포생물학 (Cell Biology)


넓은 의미로는 발생과 면역 등의 생물현상을 세포의 성질에서 해명하려는 학문 분야를 말합니다. 초기의 세포생물학은 세포내의 구조물들에 대한 분석을 위주로 발전했지만 분자생물학의 성과와 현미경기술의 도약적인 발전으로 인해 호흡 ·광합성 및 단백질합성 메커니즘과의 관련, 세포주기를 중심으로 한 세포증식 등에 관한 연구가 진척되었으며, 미생물의 성(性)과 유전 및 근수축 ·아메바운동 ·원형질유동 ·식세포작용 ·섬모운동 ·세포질분열 등의 세포운동 메커니즘에 관한 연구가 눈에 띄게 향상되었습니다. 또한 세포융합과 핵이식, 항원항체반응을 이용한 면역조직화학과 방사면역분석시험(radioimmunoassay) 등도 세포생물학의 분야이며, 이러한 연구방법의 진보에 따라, 핵 ·미토콘드리아 ·색소체 ·소포체 등의 미세구조와 기능 등에 관한 연구가 눈부시게 발달하고 있습니다. 세포막의 구조와 물질투과 및 흥분전도와의 관계, 발생과정에서의 세포분화 메커니즘, 면역계 세포의 역할과 항체생성 메커니즘, 방사선과 약물 등에 의한 세포장애, 바이러스와 세포의 상호관계, 호르몬 작용 메커니즘과 분비 메커니즘, 세포의 노화 및 진화 등의 분야도 세포생물학을 기초로 한연구가 활발히 진행되고 있습니다.

특히 형광현미경의 발전으로 인해 현재 세포생물학자들은 세포내의 단백질 이동을 동영상으로 재현하고 이를 데이터베이스화하는 작업을 하고 있습니다. 세포생물학의 강연장은 항상 총천연색의 동영상으로 인해 마치 영화 시사회장을 방불케 합니다. 역동적인 작업을 좋아하는사람들이라면 세포생물학 분야가 적성에 잘 맞을 것입니다.


나.   생화학 및구조생물학 (Biochemistry and Structural Biology)


생화학은 생물체를 재료로 하는 화학이라는 점에서 화학의 한 분과라고도 할 수 있습니다. 따라서 생화학은 생물학과 화학을 연결하는, 또는 생물학과 화학의 두 영역에 걸쳐 있는 경계 학문이라고 하겠습니다. 생물체 내에서의 이들 물질의 화학 변화가 효소라고 하는 단백질의 촉매작용에 의하여 이루어져 있다는 사실과, 유전자의 본질이 DNA라는 것, 이어서 DNA의 분자구조와 현재는 단백질결정학에 이르기까지 생화학은 현재의 분자생물학에서는 가장 중요한 연구수단이 되고 있습니다.

특히, 최근의 생화학은 세포 내 대사경로의 생성물과 중간체 합성과 에너지변화, 생체 촉매로 작용하는 효소의 기능, 유전 물질에 의한 유전정보 및 전달에 관해 연구합니다. 최근 생화학의 국내외 연구 동향은 유전의 화학적 기초와 유전정보가 단백질 구조 결정, 유전자 발현조절, 단백질의 생합성 기작 등을 어떻게 결정하는가에 대하여, 그리고 단백질의 삼차원적 구조와 생체 활성의 관계, 생리 과정에서의 정보 형태, 대사의 상호작용, 대상 에너지의 생성과 저장 등에 관해 연구하고 있습니다.

생화학은 인류의 건강과 관련되는 식품, 약품 및 의학의 발전에 크게 공헌하고 있으며, 세계적으로 암, 에이즈, 유전병과 같은 난치병의 진단과 치료를 목적으로 하는 생명과학 전분야에 걸친 핵심적 역할로, 제3의 산업혁명을 이루는데 기초적인 첨단학문으로서 생화학의 응용은 유전공학의발전과 더불어 급속히 증가하고 있습니다.

특히 생화학의 인접학문인 구조생물학분야는 한국과학자들이 가장 인정 받고 있는 분야이기도 합니다.


다.   유전(체)학 및 단백질기능학 (Genomics and Proteomics)


전통적으로 유전학이란 생물의 각종 형질이 자손에 전해지는 메커니즘과 그것들이 각 개체에서 어떻게 발현되는가를 연구하는 학문입니다. 하지만 인간게놈프로젝트의 완성 이후 엄청난 정보를 바탕으로 유전학은 급속히발전하고 있는 분야중의 하나입니다. 유전학의 연구동물로는 초파리, 예쁜 꼬마선충, 제브라 피쉬, 개구리, 쥐등이 사용됩니다. 또한 최근에는 인류의 다양한 인종적 특징을 바탕으로한 인류유전학분야도 생물정보학을 바탕으로 발전하고 있습니다.

전통적인 유전학의 정의와는 달리 현재의 유전(체)학은 유전자를 대상으로 하는 연구를 총체적으로 일컫는 경우가 많습니다. 쥐의 유전자 중 하나만을 없앤 후 그 유전자의 기능을 연구하는 Knock-out mouse 기술은 많은 유전자의 기능을 밝히는 데 도움을주고 있으며, 예쁜 꼬마선충에서 알려진 후 다른 동물들에게도 적용되고 있는 RNAi (RNA 간섭) 기술도 하나의 유전자가 단백질로 번역되는 과정만을 간섭하기 때문에 유전자의 기능에대한 연구에 큰 도움이 되고 있습니다. 이러한 효과적이고 강력한 기술들의 도움으로 현대의 유전(체)학은 크나 큰 성과들을 발산하고 있습니다. 당뇨병이나 알츠하이머병과 같은 난치병의 연구도 쥐에서 모델을 만들어 실험하고 있는 데, 이러한 연구분야도 유전학입니다. 유전자치료 및 DNA 백신의 실험들도 유전학의 도움이없다면 성공하기 어렵습니다.

유전자의 기능을 기초로 한 유전학의 발전은단백질기능학 (프로테오믹스)로 옮겨가고 있으며 이 두 가지 학문은 서로 도움을 주고 받으며 활발히 발전하고 있습니다.


라.   생물정보학 (Bioinformatics)


컴퓨터를 이용하여 생물학을 연구하는 모든 학문분야를생물 정보학이라고 부릅니다. 생물정보학은 인간게놈프로젝트의 결과로 얻어진 데이터들을 가공하고 이를 이용해서 유용한 정보를 얻는 것을목표로 합니다. 현재 쥐를 비롯해서 선충과 초파리 등의 유전정보가 완전히 해독되어 있기 때문에 생물정보학의 학문적 소스는 매우 광대합니다. 또 기초생물학·의학응용생물학·전산학·수학·물리학·화학공학 등 다른 과학 영역과 연계해야만하는 학문으로서, 생물정보학의 연구 성과는 관련 학문과 산업에 직접 기여할 수 있고, 미래 산업에서 주축이 될 유전병 진단 및 치료, 신약 개발 등에 핵심 기술로 여겨지는 등 갈수록 중요성이 증대됨에 따라 세계적으로 개발 경쟁이 심화되고 있는 분야입니다.

현재 국내에도 생물정보학을 가르치는 대학이 눈에 띄게 늘고 있습니다. 하지만 생물정보학이라는 분야는 생물학과, 컴퓨터과학, 그리고 수학까지를 포괄하는 종합학문이라는 점 때문에 개개인의 많은 노력이 필요한 분야라고 생각합니다. 생물정보학을 전공하기 위해서는 우선 컴퓨터 과학과 수학에 튼튼한 기초를 세우고 이러한 지식을 생물학이라는 테두리안에서 활용하는 지혜가 필요합니다. 컴퓨터 산업이 크게 발전하고 있는 우리나라에서 생물정보학의 미래는 매우 밝다고 할 수 있겠습니다.

또한 컴퓨터를 이용해서 새로운 생명을 창조하거나 지능을 구현하려는 “인공생명” “인공지능”의 분야도 생물정보학의 한 형태라고 할 수 있습니다.


마.   생태학 및환경생물학(Ecology and Environmental Biology)


생태학 또는 환경생물학은 인간을 포함한 생물과 자연환경과의 상호관계를 연구하는 생물학의 한 분야입니다. 생태학은 생명과학의 분야 중 가장 거시적인 분야라고 할 수 있습니다. 그만큼 생명현상에 대한 종합적 이해가 필요하며 수학과 전산학, 화학 및 경제학등의 인접학문과의 경계가 모호한 학문이라고 할 수 있습니다.

생태학은 생물학을 포함한 자연과학의 지식을 통하여 생태계와 자연환경의 본질과 변화를 이해함으로써 인간을 포함한 생태계와 자연환경 사이의 상호작용을 폭넓게 파악합니다. 또한 파괴된 자연환경을 복구하고 자연생태계를 보호하여 쾌적하고 건강한 인류의 삶을 모색하는 과학적 방안을 연구합니다.

21세기의 새로운 화두로 급부상하고 있는 환경문제에 대한 관심은 환경생물학에 대한 투자를 가속화하고 있습니다. 오늘날 급격한 산업화와 무분별한 개발 등으로 생태계와 지구환경이 급속도로 악화됨으로써 각종 오염과 생태계 변화가 일어나고 있습니다. 생태학은 이러한 자연과 인간 사이의 파괴된 균형을 회복하고 자연환경 보전과 ‘지속가능한개발’이라는 환경 관련 문제들을 해결하는 방안을 연구하는 학문이라고 할 수 있습니다.

환경과 생물 간의 상호관계 및 생태계의 구조와 기능을 연구하는 생태학, 생물의 종류와 진화적 관계 및 생물다양성 보존을 연구하는 계통분류학, 생명과학의 기술을 응용한 환경문제의 해결을 연구하는 환경생물공학을 비롯하여 대기·수질·토양·에너지·환경정책 등이 모두 환경생물학의 분야로 분류되며 인류의 지속적인 발전을위해 필수 불가결한 학문이라고 볼 수 있겠습니다.

환경문제에 관심이 있는 학생이라면 이 분야에 뛰어드는 것만큼 보람된 일도 없을 것입니다. 

 

by PoBio | 2006/04/25 11:22 | Life Science | 트랙백 | 덧글(0)
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