제니퍼 다우드나: 생명의 코드를 다시 쓰다
하와이 힐로에서 초등학교 6학년 시절, 아버지는 제니퍼의 침대 위에 제임스 왓슨의 저서 『이중 나선』을 놓아두셨습니다. 그녀는 탐정 소설을 기대하며 책을 읽었지만, 거기서 깊은 인상을 받은 것은 로잘린드 프랭클린이라는 인물이었습니다. 그녀는 나중에 “여성도 위대한 과학자가 될 수 있다는 사실을 그때 처음 깨달았다”고 회상했습니다. 고등학교 진로 상담 교사는 여학생에게는 화학이 맞지 않는다고 조언했지만, 2020년 10월 그녀는 에마뉘엘 샤르팡티에와 함께 과학 분야 노벨상을 공동 수상한 최초의 두 여성 과학자가 되었습니다.
빅 아일랜드의 이방인
제니퍼 앤 다우드나는 1964년 2월 19일 워싱턴 D.C.에서 세 딸 중 장녀로 태어났습니다. 아버지 마틴은 국방부에서 연설문 작성자로 일했고, 어머니 도로시는 지역 대학에서 가르쳤습니다. 1971년, 일곱 살 때 가족은 하와이 빅 아일랜드의 힐로로 이주했습니다.
그녀는 원주민이 아닌 '하올레(haole)'로서 학교에서 외로움을 느꼈습니다. 그녀는 독서와 자연 탐험으로 이를 극복했습니다. 그녀가 “생물학적 다양성이 풍부한 곳”이라 묘사한 섬에서 하이킹을 즐기고 동굴을 탐험하며, 고독했던 아이는 자연주의자로 성장했습니다.
포모나, 하버드, 그리고 RNA의 세계
진로 상담 교사의 조언을 무시하고 1981년 포모나 칼리지에 입학한 그녀는 1985년 화학과 수석으로 졸업했습니다. 돈 헤메스 연구실에서 보낸 여름 동안 파파야의 곰팡이 감염을 연구하며 “과학적 발견이 주는 전율을 처음으로 맛보았다”고 그녀는 말합니다.
그녀는 하버드 의대 잭 쇼스탁 교수 밑에서 박사 학위를 받으며 생명의 기원을 규명하기 위한 자기 복제 RNA 분자를 연구했습니다. 1989년 『네이처』에 실린 이들의 논문은 RNA가 촉매 작용을 통해 상보적인 RNA 가닥을 합성함을 증명했습니다. 1991년 그녀는 콜로라도 대학교로 옮겨 RNA가 효소 역할을 할 수 있음을 밝혀 노벨상을 수상한 톰 체흐와 함께 연구하며, 프랭클린이 DNA 연구에 사용했던 X선 결정학 기술을 배웠습니다.
예일대학교, 그리고 효소의 형태
다우드나는 1994년 예일대학교 조교수가 되었습니다. 그곳에서 그녀는 제자이자 나중에 남편이 된 제이미 케이트와 함께 자기 절단형 RNA 효소의 최초의 상세한 원자 구조를 규명했습니다. 1996년 『사이언스』지에 실린 이들의 논문은 획기적인 연구로 평가받습니다. 이 연구는 RNA가 단백질처럼 복잡한 3차원 기계 구조로 접힌다는 것을 보여주었으며, CRISPR가 등장하기 15년 전에 다우드나를 구조 생물학 분야의 선두주자로 자리매김하게 했습니다.
2002년 그녀와 케이트는 부부로서 캘리포니아 대학교 버클리(UC 버클리)로 옮겨 화학과 교수가 되었고, 로렌스 버클리 국립 연구소의 과학자로 활동하게 되었습니다. 그들은 2000년에 결혼했으며, 아들 앤드류는 2002년에 태어났습니다.
버클리의 차 한 잔
2002년 사스(SARS) 사태는 그녀를 RNA 간섭 분야로 이끌었습니다. 그러나 운명적인 전환점은 한 낯선 사람으로부터 왔습니다. 미생물학자 질리언 밴필드가 구글 검색을 통해 다우드나의 연구를 발견하고 대화를 제안한 것입니다. 버클리의 한 카페에서 차를 마시며 밴필드는 박테리아 게놈 속에 섞여 있는 바이러스 DNA 조각을 가진 이상한 반복 서열, 즉 CRISPR에 대해 이야기했습니다. 아무도 그것이 무엇을 하는지 몰랐습니다. 밴필드는 이것이 RNA 간섭을 통해 작동하는지 궁금해했습니다.
다우드나는 그 실마리를 따라가기 시작했습니다. 2008년 무렵 그녀의 연구팀은 버클리에서 첫 국제 CRISPR 컨퍼런스를 조직했는데, 당시 이 분야는 방 하나에 모일 수 있을 정도로 작았습니다.
2012년 6월
2011년 푸에르토리코에서 열린 미생물학 컨퍼런스에서 그녀는 에마뉘엘 샤르팡티에를 만났습니다. 샤르팡티에는 박테리아 측에서 같은 시스템을 연구하며 그 기능에 필수적인 두 번째 RNA 분자인 tracrRNA를 찾아낸 상태였습니다. 두 사람은 협력하기로 합의했습니다. 다우드나 연구실의 마틴 지넥과 샤르팡티에 연구실의 크지슈토프 칠린스키와 함께 연구한 결과, 그들은 Cas9 단백질이 RNA에 의해 특정 DNA 서열로 유도되어 두 가닥을 모두 자른다는 것을 밝혀냈습니다. 더 중요한 것은, 두 개의 천연 RNA를 하나의 엔지니어링된 단일 가이드 RNA로 융합할 수 있으며, 그 서열을 바꾸면 실험자가 원하는 어느 표적으로든 Cas9을 보낼 수 있다는 점을 입증한 것입니다.
“적응형 박테리아 면역에서의 프로그래밍 가능한 이중 RNA 유도 DNA 엔도뉴클레아제”라는 제목의 논문이 2012년 6월 28일 『사이언스』 온라인판에 게재되었습니다. 생소했던 박테리아 면역 시스템은 이제 혁신유전체연구소의 말대로 “과학자들이 인간 세포를 포함한 모든 유기체에서 생명의 코드인 DNA를 전례 없는 효율과 정밀도로 다시 쓸 수 있게 해주는” 도구가 되었습니다. 다우드나는 이 시기를 “순수한 기쁨”의 시간이었다고 묘사합니다.
스스로 짊어진 윤리적 과제
연구 성과가 나오자마자 그녀는 자신이 만든 결과물이 미칠 영향에 대해 걱정하기 시작했습니다. 2015년, 그녀는 인간 생식세포 유전자 편집의 중단을 공개적으로 촉구했고, 나파 밸리에 20명의 연구자를 소집하여 가이드라인을 작성했습니다. 그해 12월에는 인간 유전자 편집에 관한 국제 정상회의를 공동 조직했습니다. 2017년에는 새뮤얼 스턴버그와 함께 대중을 위한 책 『크리스퍼 유전자 가위(A Crack in Creation)』를 집필했습니다. 2018년 한 중국 과학자가 유전자 편집 아기 탄생을 발표했을 때, 다우드나는 국제적인 규제를 촉구하며 미국 상원의원들에게 이 문제를 제기했습니다.
그녀는 2014년 조나단 와이즈먼과 함께 혁신유전체연구소(IGI)를 설립했고, 이 기술을 임상으로 옮기기 위해 에디타스 메디신과 카리부 바이오사이언스를 공동 창업했습니다. 2020년 3월, IGI는 단 몇 주 만에 자동화된 코로나19 진단 연구소로 변신했고, 코로나19 관련 지적 재산을 오픈 소스로 공개했습니다. 이 연구소는 이후 겸상 적혈구 빈혈증에 대한 FDA 승인 CRISPR 임상 시험을 수행하게 됩니다.
왜 제니퍼가 천재로 불리는가
다우드나의 독보적인 능력은 호기심을 실제적인 도구로 인식하는 데 있습니다. CRISPR는 다른 사람들도 관찰했었고, 그 박테리아 면역 시스템으로서의 기능은 미생물학자들이 밝혀내고 있었으며, 샤르팡티에에게는 중요한 조각이 있었습니다. 다우드나가 기여한 것은 20년간 RNA를 수동적인 메시지가 아닌 3차원 기계로 생각해온 통찰력이었습니다. 바로 이 훈련 덕분에 미생물학자가 단순히 흥미로운 방어 기제로 보았던 것을 그녀는 프로그래밍 가능한 절단 장치로 볼 수 있었습니다. 두 개의 천연 분자를 하나의 엔지니어링 구성 요소로 압축한 단일 가이드 RNA는 엔지니어의 단순화이며, 이것이 현상을 누구나 사용할 수 있는 기술로 바꾼 핵심입니다.
정직한 반론은 상당하며 그녀도 이를 회피하지 않습니다. 노벨상은 샤르팡티에와 공동 수상했으며, 누구도 단독 저자라고 주장하지 않습니다. 지넥과 칠린스키는 결정적인 실험 작업의 상당 부분을 수행했고, 밴필드는 질문을 던졌으며, 펑 장과 조지 처치는 직후에 인간 세포에서 CRISPR 편집을 시연했습니다. 그 후 누가 특허권을 갖느냐에 대한 긴 분쟁이 이어졌습니다. CRISPR는 다른 노벨상 수상 발견들보다 더 많은 협력이 모인 결과물이며, 수상 당일 다우드나의 성명서에도 그 점이 명시되었습니다. 즉, 이 영예는 “CRISPR의 역사와 그것을 강력한 공학 기술로 활용하기까지의 협력적인 이야기를 인정하는 것”입니다. 그녀만의 독보적인 점은 구조적인 통찰력, 아무도 중요하게 생각하지 않을 때 4년 동안 이해할 수 없는 박테리아의 특이함을 파고들기로 한 결정, 그리고 유명세를 얻은 후 자신의 발명품에 대한 규제를 주장하는 드문 선택입니다.
업적과 유산
다우드나는 현재 UC 버클리의 리카싱 생물의학 및 건강과학 석좌교수이며, 하워드 휴즈 의학연구소 연구원, 버클리 연구소 교수, 글래드스톤 연구소 수석 연구원, IGI 이사회 의장을 맡고 있습니다. 스톡홀름 수상 이전에도 2014년 생명과학 돌파구 상, 2015년 그루버 유전학상과 아스투리아스 공주상, 2016년 로레알-유네스코 여성과학자상과 가이드너 상, 2017년 일본 국제상, 2018년 카블리 나노과학상을 수상했습니다. 월터 아이작슨의 『코드 브레이커』는 2021년 그녀를 대중적인 인물로 만들었습니다. CRISPR는 현재 인간 질병 모델링, 질병 저항성 작물 육종, 모기 개체군 유전자 구동, 인간 환자의 겸상 적혈구 빈혈증 치료에 사용됩니다. 노벨상 발표 당일 아침, 두 명의 여성이 수상하게 된 의미를 묻는 질문에 다우드나는 두 단어로 답했습니다: “여성들은 최고예요(Women rock).”
