도로시 호지킨: 분자를 촬영한 결정학자
옥스퍼드에서 그녀 밑에서 화학을 공부했던 마거릿 대처(Margaret Thatcher)는 나중에 다우닝가 10번지에 있는 자신의 사무실에 도로시 호지킨(Dorothy Hodgkin)의 초상화를 걸었습니다. 전직 교사가 평생 동안 핵무기 감축 운동을 벌여온 것과는 정치적으로 거의 모든 면에서 반대편에 섰던 총리에게서 나온 다소 이색적인 헌사였습니다. 그럼에도 불구하고 그 초상화가 그곳에 걸려 있었다는 사실은 호지킨의 위상을 말해줍니다. 정치적 반대파조차도 그녀가 지구상 거의 아무도 할 수 없는 일을 해냈다는 점을 인정했습니다. 즉, X선으로 분자를 쏘았을 때 생기는 그림자에서 분자의 3차원 모양을 직접 읽어냈으며, 페니실린, 비타민 B12, 인슐린을 차례로 해낸 것입니다.
하르툼의 조약돌
도로시 메리 크라우풋(Dorothy Mary Crowfoot)은 1910년 이집트 카이로에서 영국인 부모 존(John)과 그레이스 크라우풋(Grace Crowfoot) 사이에서 태어났습니다. 두 분 모두 북아프리카 식민지에서 활동하던 고고학 분야의 권위자였으며, 아버지는 학교 장학사로 근무했습니다. 도로시는 어린 시절의 대부분을 수단 하르툼에서 보냈고, 약 14세 무렵 토양학자 A. F. 조지프(A. F. Joseph)의 격려를 받아 휴대용 광물 분석 키트로 현지의 광물과 조약돌을 분석하기 시작했습니다. 2년 후, 어머니는 물리학자 윌리엄 헨리 브래그(William Henry Bragg)의 저서 '사물의 본성에 관하여(Concerning the Nature of Things)'를 선물했습니다. 이 책은 X선을 사용하여 결정 내부의 원자 배열을 '보는' 방법을 설명했는데, 이 선물은 그녀의 평생 진로를 결정지었습니다.
옥스퍼드, 케임브리지, 그리고 새로운 과학
호지킨은 18세에 옥스퍼드 서머빌 칼리지(Somerville College)에 입학하여 화학을 공부했고, 1928년에 학사 학위를 받았으며 졸업 연구 프로젝트로 X선 결정학을 선택했습니다. 그녀는 케임브리지에서 결정학자 J. D. 버널(J. D. Bernal) 밑에서 학업을 이어가 1937년에 박사 학위를 마쳤습니다. 케임브리지에 있는 동안, 1934년 연구자들이 최초의 단백질 결정 X선 사진을 찍는 것을 지켜보았습니다. 이는 크고 복잡한 생물학적 분자도 이런 방식으로 결정화되어 연구될 수 있다는 기념비적인 시연이었으며, 그 후 이어진 그녀의 전체 경력에 대한 개념 증명이었습니다.
그녀를 괴롭힌 신체와 상관없었던 방법
호지킨은 24세에 류머티즘 관절염 진단을 받았습니다. 이는 만성적이고 점진적으로 장애를 일으키는 질환으로, 결국 그녀의 손과 관절을 변형시켰습니다. 실험실 일을 포기하는 대신, 그녀는 장비와 기술을 수정하여 수십 년 동안 악화되는 육체적 고통 속에서도 계속 일했고, 옥스퍼드에서 자신의 실험실을 운영했습니다. 여기서 그녀가 X선 결정학을 방법으로 선택한 것은 그녀의 질병과는 거의 무관하게 중요했습니다. 이 기술은 다른 많은 실험실 과학이 요구하는 섬세하고 반복적인 수작업이 아니라 정밀한 계산과 패턴 해석에 의존했기 때문에, 육체적 능력이 저하되는 상황에서도 최고 수준의 기여를 계속할 수 있었습니다.
페니실린, 그 다음 비타민 B12, 그리고 인슐린 판독
1942년, 페니실린을 유용한 약물로 개발하는 데 도움을 준 생화학자 에른스트 체인(Ernst Chain)은 호지킨에게 그 정확한 화학 구조를 밝혀내라고 도전했습니다. 이는 의사들이 약물이 정확히 어떻게 작용하는지 이해하고 관련 화합물을 제조하는 데 필요한 정보였습니다. 전쟁 기간 동안 호지킨은 페니실린 분자를 결정화하고 X선을 통과시켜 사진 건판에 회절 패턴을 기록하고, 그 패턴이 암시하는 원자 배열을 수작업으로 고통스럽게 계산했습니다. 1945년 5월까지 그녀는 체인이 의심했지만 증명하지 못했던 베타-락탐 고리 구조를 확인하여 이를 해결했습니다. 이 결과는 세팔로스포린과 아목시실린 같은 관련 항생제 개발의 문을 열었습니다. 그녀는 다음으로 약 10배 더 크고 복잡한 분자인 비타민 B12로 눈을 돌려, 8년의 작업 끝에 1954년 181개 원자의 구조를 해결했습니다. 이 과정에서 앨런 튜링(Alan Turing)의 파일럿 ACE 기계를 사용하여 수작업으로는 너무 고된 계산을 처리하는 등 결정학을 위한 전자 계산의 초기 사용자가 되었습니다. 그녀의 가장 야심 찬 목표는 인슐린이었습니다. 그녀는 34년 동안 간헐적으로 인슐린 구조를 추적한 끝에 1969년 마침내 788개 원자의 배열을 해결했습니다. 이는 첫 시도부터 완료까지 그녀의 거의 전체 과학 경력을 아우르는 프로젝트였습니다.
노벨상, 그리고 두 경력의 결합
1964년, 호지킨은 "중요한 생화학 물질의 구조를 X선 기술로 결정한 공로"로 노벨 화학상을 수상했으며, 마리 퀴리(Marie Curie)와 이렌 졸리오-퀴리(Irène Joliot-Curie)에 이어 과학 분야에서 노벨상을 수상한 세 번째 여성이 되었습니다. 그녀는 1937년 아프리카 역사의 저명한 권위자가 된 토머스 L. 호지킨(Thomas L. Hodgkin)과 결혼하여 1949년까지 전문적으로는 결혼 전 성을 사용하여 논문을 계속 발표했습니다. 두 사람은 학문적 지위를 유지하면서 세 자녀를 키웠고, 대가족의 도움을 받아 두 가지 진지한 경력의 요구를 관리했습니다. 그녀는 1947년 왕립학회 회원으로 선출되었습니다.
도로시가 천재라 불리는 이유
호지킨을 천재라고 부르는 근거는 비정상적으로 어려운 방법에 대한 입증되고 점진적인 숙달에 있습니다. X선 결정학은 보이지 않는 3차원 원자 구조를 간접적이고 수학적으로 모호한 그림자 패턴에서 추론해야 합니다. 호지킨은 페니실린의 17개 원자에서 인슐린의 788개 원자에 이르기까지 크기와 복잡성이 증가하는 분자에 대해 반복적으로 성공했습니다. 대부분의 필요한 계산 도구가 존재하지 않았던 경력 동안 그녀는 수년 동안 수작업으로 계산해야 했습니다. 그녀가 수십 년 동안 악화되는 류머티즘 관절염을 겪으면서도 이 작업을 지속했다는 사실은 지적 성취에 순수한 인내라는 차원을 더합니다. 하지만 그녀의 장애 자체가 과학적 통찰력을 부여한 것은 아니라는 점을 분명히 할 필요가 있습니다. 노벨 위원회와 과학적 동료들이 인정한 것은 인내심만이 아니라 기저에 깔린 결정학적 추론입니다. 솔직한 복잡함은 결정학이 본질적으로 도구와 선구자(브래그의 기초 X선 기술, 버널의 초기 단백질 결정학, 그리고 결국 타인의 기계에 의해 공급된 컴퓨팅 파워) 위에 구축된 협력적이고 반복적인 과학이라는 점입니다. 따라서 호지킨의 천재성은 독창적인 이론의 단일한 섬광보다는 생화학의 가장 어려운 구조적 퍼즐 일부에 순차적으로 적용된 독보적이고 지속적인 기술적 숙달에 있습니다.
유산
호지킨은 1976년부터 1988년까지 퍼그워시 회의(Pugwash Conferences on Science and World Affairs) 의장을 역임하며(그 이전에도 10년 이상 조직에서 활동함), 냉전의 가장 긴장된 시절 동안 핵무기 감축과 국제 과학 협력을 위해 캠페인을 벌였습니다. 그녀는 자신 이전에 여성 롤모델이 거의 없었던 분야에서 많은 여성들을 포함한 세대의 연구 학생들을 지도했습니다. 그녀는 1994년 자택에서 뇌졸중으로 사망했습니다. 페니실린, 비타민 B12, 인슐린에 대한 그녀의 구조적 결정은 여전히 현대 약리학과 구조 생물학의 기초로 남아 있으며, 항생제 설계와 당뇨병 치료의 토대를 마련했습니다.
