책소개

생물학은 볼 수 없는 것을 관찰하고 이해하는 과정에서 구성된 과학이다. 생물학은 현대에 대단한 성공을 거두고 있는 것처럼 보이는 과학 분야 대표주자이지만, 비로소 세포를 제대로 이해할 수 있는 틀이 된 ‘세포 이론’이 19세기 중반에서야 정립되었다. 발견 이전에 선결되어야 할 기술적 난관이 많았을 뿐만 아니라 하나의 공식으로 수렴하지 않는 생명현상의 복잡성 때문이었다.

이 책은 오늘날 현 시점까지 밝혀진 세포에 관한 지식이 어떻게 발견되고 확정되었는지를 다루는 ‘세포 연구의 연대기’에 가까운 책이다. 세포 연구를 통해 성립된 생물학의 역사와 그 과정에서 집적된 생물학 지식을 토대로 하지만, ‘연구’에 방점을 두고 집필되었다. 다시 말해 어떤 발견이나 사실이 생물학 지식으로 확정되고 공인되기까지 과정을 보여주는 데 주력했다.

생물학 교양서를 이와 같은 방식으로 저술하고자 했을 때 동시에 고려했던 또 다른 요소는 오늘날 과학에 공통적으로 내포된 ‘빅 사이언스’로서의 경향성을 보이는 것이었다. 광학.전자현미경(광학), 세포 염색 기술(화학), 원심분리기술(축산)이 도입된 덕분에 생물학의 초기 모습이 갖춰질 수 있었다. 처음부터 다학제적이었다. 입자물리학 분야에 거대 가속기가 있다면, 생물학 분야에는 원심분리기, 염기서열 분석기, 각종 시약, 실험도구, 실험생물이 동원된다. 기본적으로 생물학을 포함하여 현대 과학은 거대 학문인 것이다.

저자소개

남궁석

고려대학교 농화학과를 졸업하고, 동 대학원에서 생화학 전공으로 석사학위와 박사학위를 받았다. 미국 예일대학교와 펜실베이니아대학교에서 박사후연구원을 마쳤다. 2013년부터 2017년까지 충북대학교 농업생명과학대학 축산식품생명과학부 초빙교수로 재직했다. 지금은 Secret Lab of Mad Scientist(SLMS)라는 이름으로 과학 저술 및 과학 관련 컨설팅에 종사하고 있다. 《과학자가 되는 방법》, 《암 정복 연대기》를 썼으며, 공저로 《4차 산업혁명이라는 유령》이 있다. 과학 지식 교류의 혁신에 관심이 커서 과학자 사이의 수평적 토론 문화 증진을 위한 대안학회 ‘매드 사이언스 페스티벌’을 2년 연속 개최했다. 주요 연구분야는 구조생물학과 동물발생생물학이다.

목차

1장 세포의 ‘주기율표’를 찾아서

인체를 구성하는 세포

세포를 구분하는 방법

RNA와 세포

단일 세포 RNA-seq

인간게놈프로젝트와 세포의 미스터리

유전체의 3차원 구조

세포 아틀라스 프로젝트

2장 세포를 ‘보다’

현미경의 발명

로버트 훅과 ‘셀’

살아 있는 세포를 보다

해부학과 현미경의 만남

3장 세포 이론

광학현미경의 개선

세포 이론의 태동

세포는 세포로부터

화학 공업의 발전과 세포 염색

뉴런주의(Neuron Doctrine)의 탄생

4장 세포를 만드는 정보

전성설

난자와 수정을 발견하다

다윈의 ‘제뮬’과 ‘범생설’

플레밍과 염색체

염색체의 중요성을 알아본 보베리

성을 결정하는 염색체

모건, 초파리, 유전자 지도

5장 생명의 화학 공장, 세포

유기물질을 ‘합성’하다

유스투스 리비히와 생물화학

실험생리학의 확립

단백질의 발견

발효와 효소

단백질과 효소의 관계

에너지를 생산하고 소비하는 화학 공장

에너지 화폐 ‘ATP’

6장 세포생물학의 탄생

원심분리기

생체막

세포 구조물의 원심분리

전자현미경의 등장

세포 발전소, 미토콘드리아

소포체와 리보솜

세포 단백질의 ‘요람에서 무덤까지’

세포생물학의 탄생

7장 유전자 전성 시대

프리드리히 미셔와 ‘뉴클레인’

DNA 구성 물질의 결정과 4염기 모델

폐렴균이 알려준 유전물질

이중나선

하나의 유전자, 하나의 효소(단백질)

DNA로부터 단백질까지 ‘중심 원리’의 완성

진핵세포는 다르다

재조합 DNA 기술

8장 세포 수명

시드니 링거와 링거액

최초의 동물 세포 체외 배양

알렉시 카렐의 ‘불멸 세포’

세포 배양 기술의 발달

헬라(HeLa)

헤이플릭의 한계(Heyflick Limits)

텔로미어

9장 죽지 않는 세포

성게 알에서 얻은 힌트

환경 요인과 병원체에 의한 발암

필라델피아 염색체

암 유전자(oncogene)

암 억제 유전자(tumor suppressor)

암 전이

암의 특징

10장 세포 복제

유전물질을 복제하는 시기

방추사와 그 구성 물질

성숙촉진인자(MPF)

돌연변이 효모와 세포주기 조절

MPF = 사이클린 + cdc2

단백질 분해와 사이클린 조절

분열 체크포인트

DNA 손상과 체크포인트

세포자멸사

11장 세포골격

근육을 움직이는 단백질, 마이오신

액틴의 발견

슬라이딩 필라멘트 모델

액틴과 마이오신에 대한 분자 단위의 이해

근육세포가 아닌 세포에 있는 액틴과 마이오신

미세소관이란 트랙 위에서 달리는 키네신

세포를 움직이게 하는 액틴

세포분열을 일으키는 액틴

12장 세포 발생의 미스터리

모자이크 이론

발생 조절 이론

모포젠(morphogen)

초파리 발생유전학과 모포젠의 발견

분화하는 세포들의 유전정보

조혈 줄기세포

13장 후성학과 줄기세포

포유류의 배 발생 과정

테라토마와 배아 줄기세포

분화하는 세포의 DNA에서 일어나는 변화

DNA 메틸화와 유전자 발현 조절

히스톤과 크로마틴

동물 발생과 후성학적 변화

리프로그래밍, 후성학적 표지의 초기화

유도만능 줄기세포

세포 직접 리프로그래밍

14장 세포 치료와 불사의 꿈

장기이식과 이식 거부 현상

조직접합성 복합체

MHC, 세포성 면역의 핵심 단백질

조혈 줄기세포와 백혈병 치료

인간배아 줄기세포

핵치환 줄기세포

인간 복제배아 줄기세포는 가능한가?

줄기세포 치료의 현실

오가노이드(organoid)

면역세포를 변형한 암 치료(CAR-T세포)

15장 살아 있는 세포의 영상화

면역형광염색법과 형광현미경

살아 있는 세포의 현미경 관찰

GFP, 녹색형광단백질

광학현미경의 한계를 넘어서

살아 있는 세포의 영상화와 입체 영상 기술

16장 인간게놈프로젝트, 그후

세포의 설계도

인간게놈프로젝트

모델생물의 염기서열 결정

민간과 공공 부문의 경쟁

인간유전체의 의미

개인의 유전적 차이 세포마다 차이가 나는 이유

유전체 읽기와 유전체 고쳐쓰기

에필로그: 생물학자는 인공세포의 꿈을 꾸는가

시스템 생물학: 전체적인 관점에서 다시 보는 세포

모델화와 예측

합성생물학: 만들지 않으면 이해할 수 없다?

단백질 디자인

세포 내 회로의 재설계