지난달 6일 제임스 왓슨(James D. Watson)이 향년 97세로 세상을 떠났다. 오늘날 우리는 DNA라는 단어를 자연스럽게 사용하지만, 이 이중 나선(Double Helix)이 세상에 드러나기까지는 수많은 과학자의 땀과 눈물 그리고 치열한 경쟁이 있었다. 왓슨의 타계를 추모하며, 1928년 런던의 작은 실험실에서 시작되어 1953년 케임브리지에서 완성된 그 극적인 여정을 되돌아본다.

수천 년 동안 인류는 생명이 어떻게 다음 세대로 전달되는지, 즉 ‘유전’의 신비에 대한 해답을 찾아왔다. 19세기 멘델이 ‘유전 인자’라는 개념을 제시했지만, 그 인자가 무엇으로 만들어졌는지에 대한 물리적 실체는 밝혀지지 않았다. 1928년 영국 세균학자 프레더릭 그리피스는 폐렴구균을 이용해 실험하던 중 이해하기 어려운 현상을 목격했다. 병원성이 없는 세균(R형)에 열을 가해 죽은 병원성 세균(S형)을 섞었더니, 놀랍게도 살아있는 R형 세균이 병원성 S형 세균으로 변화한 것이다. 그리피스는 이를 형질전환(transformation)으로 부르며, “죽은 세균 속에 어떤 물질이 살아있는 세균을 변화시킨다”고 기록했다. 하지만 그 물질이 단백질인지, DNA인지, 당시 누구도 명확히 알지 못했다.

그리피스가 발견한 형질전환의 정체를 밝히는 데는 16년이 걸렸다. 당시 과학자 대다수는 복잡한 생명 정보를 담기에 적합한 물질은 20가지 아미노산으로 이루어진 단백질뿐이라고 믿었다. 뉴욕 록펠러 연구소의 오스왈드 에이버리와 그의 동료들은 폐렴구균에서 형질전환 물질을 정제해내었다. 정제된 물질에 단백질 분해 효소와 RNA 분해 효소를 처리해도 폐렴구균에서 형질전환이 사라지지 않고 오직 DNA 분해 효소를 넣었을 때만 형질전환이 없어진다는 것을 실험으로 증명했다. “유전 물질은 단백질이 아니라 DNA다.” 이 충격적인 결론은 당시 학계의 고정관념을 완전히 뒤집는 것이었다. 당시 많은 과학자는 “단순한 염기의 반복처럼 보이는 분자가 어떻게 복잡한 생명 정보를 저장할 수 있는가”라는 의문을 품고 에이버리의 연구에 회의적인 반응을 보였다.

DNA는 어떤 구조로 생명 정보를 저장하는가. 가장 결정적인 단서는 킹스 칼리지 런던의 로잘린드 프랭클린과 모리스 윌킨스가 촬영한 DNA의 X선 회절 사진, 일명 ‘사진 51(Photo 51)’이었다. 이 사진은 DNA가 나선형 구조로 되어 있으며, 나선의 폭과 반복 간격에 대한 중요한 수학적 정보를 담고 있었다. 왓슨과 크릭은 프랭클린의 X선 회절 사진 데이터를 수학적으로 해석하고 물리적 모형을 만드는 과정을 통해 DNA가 이중 나선 구조임을 밝혔다. 이러한 업적으로 1962년 왓슨과 크릭, 윌킨스가 노벨상을 받았지만, 프랭클린은 이미 사망하여 공동 수상자가 되지 못했다.

그러나 그녀의 기여는 오늘날 DNA 발견사에서 결정적인 역할을 한 것으로 인정받고 있다.

1953년, 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해 발표된 DNA 이중 나선 구조의 발견은 단순한 과학적 성과를 넘어, 생명 현상을 분자 수준에서 이해할 수 있게 만든 생명의 설계도를 손에 넣은 사건이었다. DNA 이중 나선 구조의 발견은 단순한 화학 구조의 해명이 아니라, 생물학의 패러다임을 바꾼 사건이었다. 이 발견은 멘델이 설명하지 못했던 유전 인자의 실체를 밝혔으며, 다윈의 진화론에서 형질이 전달되는 물리적 근거를 제공함으로써 현대 생물학을 완성하는 마지막 퍼즐 조각이 되었다.

이 발견 덕분에 생물학은 관찰과 분류의 학문에서 벗어나 분자생물학(Molecular Biology)이라는 정밀한 정보 과학의 영역으로 진입하게 되었다. 이후 유전자 해독, 유전자 치료, 유전자 조작 기술 등 모든 생명공학적 발전은 이 이중 나선 구조에 대한 이해를 바탕으로 이루어지게 된다.