제한효소의 성질

    제한효소의 성질
  제한효소는 그것이 추출된 유기체의 이름을 따라 명명된다. 그  유기체의 학명 중 종명의 
첫  두자가  속명의  첫  자에   첨가된다. 예를   들면 Escherichia   coli라는  박테리아는 
Escherichia속에 속하는 종의 하나인데 종명이 coli 다.  Escherichia coli에서 얻은 제한효소
는 Eco라 불린다. 예를 들면 EcoRI효소는 Escherichia coli의 R계통에서 분리된 첫 번째 제
한효소였다. 대부분의 제한효소는 미생물에서  발견되었지만 그것보다 훨씬  더 일반적으로 
분포되어 있을  것이다. 실제로   한 가지가 사람의   태아에서 검출되엇다. 사람은  
 Homo sapiens종에 속하므로 사람의 제한효소는 Hsal라 불린다. 모든 제한효소가 바이러스
의 DNA처럼 외래 DNA로부터 세포를  보호하는 역할을 하는지는 아직  규명되지  않았다. 
그들 중 몇몇은 유전자의 구조, 조직,  성질 및 암호해독을 조절하는 정밀한 기능을  가졌을 
것이다. 
  어떤 제한효소는 DNA  FMF 정확한 위치에서  잘단하지 않는다. 그리고  이것은 제조합
DNA기술에 별로 유용한 도구가 되지 못한다. DNA를 정확하게 절단하는 많은  효소 중 몇
몇은 DNA이중나선의 두가닥을 정확한 자리에서  절단한여  '비점착성 말단'절편을 만들어
낸다. 다른 것들은 두 가닥을 엇갈리는 방식으로 절단하여 '점착성'말단을 가진 결과물을 만
들어낸다. 점착성 말단의 DNA절편을 만들어내는 효소는 DNA 조작에 특히 유용하다. 왜냐
하면 하나의 제한효소에 의해 만들어진  점착성 말단은 그것이 절단된  DNA분자에 관계없
이 똑같기 때문이다. 정착성 말단은 말단은 서롤르 인식하고  이름이 함축하듯이 서루 달라
붙는다. 
  이것은 다른 DNA분자를 같은 제한효소로 절단함으로써  얻어진 두 개의 DNA절편이 서
로 결합하여 잡종, 즉  재조합DNA분자를 만들어내게 한다. 예를  들어 사람의 DNA절편은 
파지 DNA절편과 혼합되어 사람-파지 재조합 DNA분자를 만들어낼 수 있다. 이 과정은  실
제로 사람의 유전자를 파지의 DNA백과사전에 삽입하는데이용되어 왔다. 이로서 사람의 유
전자가 분리되어 마치 파지의 일부인 것처럼 성장할 수있다. 
  많은 제한효소는 그것들이 선별하는  DNA문자인식배열내에서 DNA를 전단한다.  그러나 
어떤 것은 특정 배열을  인시갛지만 이 배열 밖에서  DNA를 절단한다. 그럼에도 불구하고 
대부분의 인식 배열은 대칭성을  갖고 있다. DNA이중나선의 한  가닥 위의 네가지 문자인 
A, G, C, T의 각각은 항상  이중나선의 맞은 편 가닥 위의 다른  문자 중 하나와 연관되어 
있다. 그리하여 T는 항상 A와 마주하고 G는 항상  C와 마주한다. 두가닥은 방향이 있어서, 
예를 들면, AACGT의 배열은 TGCAA와 같지 않다. DNA분자의 왼편 끝은 오른편 편과 다
르고 이   두 배열을  적는 적당한   방법은 5'AACGT3'와   5'TGCAA3'이다.  다시말해
서, 
3'TGCAA5'는 5'AACGT3'과 같고  5'TGCAA3'과는 다르다. 많은  제한효소의 인식  배열  
내
에서 DNA 이중나선의 두 가닥이 조사된다면 한 가닥의 배열은 다른 가닥의 배열과 동이랗
다. 예를 들면 Ecori는  배열 5'GATTC3'이내에서 각각의  DNA가닥을 인식하고 절단한다. 
DNA이중나선에서 이 배열에 맞은 편 가닥은 A는 T와, C는 G와 짝을 짓고 한 가닥에 5'끝
은 다른 가닥에 3' 끝에 마주하므로 5'GAATTC3'이다. 이러한 대칭 유형은 이중 회전 대칭
이라고 부른다. 이중나선이 180도 회전할 때 그것은 처음 분자와 동일해진다. 이러한 대칭적 
배열은 'CIVIC'과 'REFER'처럼  앞  뒤 어디로  읽어도  똑같은  단어를 닮았다. 그래서   
이 DNA배열을 '앞 뒤 어디로 읽어도  똑같은 DNA배열'라고 부른다. 그  대칭성은 제한효
소가 DNA에 부착하여 마주하는 가닥의 동일한 자리에서 DNA를 절단하는 이유가 된다. 
  박테리아 안에서 각각의 제한효소는 제한효소의 인지 배열을  수정하는 해당 DNA메틸라
제를 가지고  있어서 그  DNA가 절단되지  못하게 한다.  예를 들면,  각각의 DNA가닥을 
GAATTC배열의 G와 A사이에서 절단하는 Ecori는 이 배열의 두 번째 A를 수정하는 DNA
메틸라제와 함께 Escherichia coli안에  존재한다. 이 A가  수정될 때 EcoRI는  더 이상 그 
DNA를 절단하지 않는다. 이런 식으로 박테리아의 DNA백과사전에 존재하는 모든 GATTC
배열은 A에 화학적  그룹을 첨가하는  DNA메틸라제에 의하여 수정되어서  그 박테리아의 
EcoRI 제한효소는 자신의 DNA를  절단하지 않는다. 파지  안에나 다른 출처에서  온 외래 
DNA는 이 수정이 없어서 모든 GAATTC의 배열은  절단된다. 외래 DNA를 EcoRI에 의하
여 절단되지 못하게 하기 위하여 GAATTC배열은 두 번째 A는 DNA메틸라제에 의하여 수
정되어야 한다. 
  대부분의 제한효소는 4 내지 6문자 길이의 배열을 인식하지만 어떤 것은 더 많은 문자가 
있는 배열을 인식한다. 또 다른 제한효소들은 특정한 DNA배열을 인식하지만 이 배열을 바
깥쪽, 즉 배열의 끝으로부터 정확한 위치의 문자에서 절단한다. 제한효소는 1백여 종의 미소 
유기체로부터 분리되어 왔다. 그것들이 인지하고 절단하는 배열의 다양성은 다른 필요에 따
라 절단하는 분자 가위를 제공한다. DNA분자는  조각으로 절단되고 결합되고 동식물과 미
생물 세포의 DNA 백과사전에 삽입될 수 있다. 이제는 정상적으로는 그런 유기체에 존재하
지 않는 외래 유전자를 포함하는 변종 동식물을 창조하는 것이 가능하다. 예를 들면, 식물의 
DNA백과사전에 항체 유전자를 삽입함으로써 동물의  항체를 생산하는 식물을 만들  수 있
다. 의학적으로나 농업적으로 유용한 산물의 생산에 대한 잠재력은 엄청나다. 유전공학의 시
대가 우리에게 왔으며 그것은 유용한 산물만을 제공하는 것에서  그치지 않는다. 그것은 또
한 낭포성 섬유증과 근위증 같은 유전병을 다루고 아마도 치료할 수 있는 가능성을 열 것이
다. 제한효소는 하찮은 기원, 침입하는 파지로부터 박테리아가 자신을 어떻게 지키려 하는지 
이해하려는 과학자들의 노력에서 비롯되었다. 그들은 제조합 DNA기술에 대한 기여로써 세
계를 바꾸는 단계까지 도달하였다. 
  
      17. DNA, 분자탐정
  1983년에 잉글랜드의 레스터의 앤더비에서 한 10대손녀가  강간을 당하고 목졸려 죽었다. 
3년 후 그곳에서 불과 1마일 떨어진 곳에서 15세의 소녀가 비슷하게 강간을 당하고 살해된 
채로 발견되었다. 레스터셔 경찰은 두  소녀가 같은 범인에 의해  살해되었다고 추정했지만 
이렇나 설을 지지해 줄 뚜렷한 증거가 없었다. 1986년 당시에 레스터 대학의 생화학과 교수
인 알렉 제프리스가 이끄는 연구그룹이 개인의 신원을 확인하고 식별하는 놀라운 과학적 새 
방법을 개발해 내었다. DNA지문법이라고 불리는 이 기술은 아주 정확해서 전 세계의 어떤 
두 사람도 같은 DNA지문을  가질 확류은 사실상 영이엇다.  기존의 지문과는 달리 범인의 
손이 필요하지 않았다. DNA지문법은 미소한 양의 피나 정액 같은 체액에 대하여 실시할수 
있었다. 몇 년 전에 생긴 건조한 핏자국까지도 그 피를  흘린 사람의 신원을 알아내기 위한 
DNA지문을 얻는데 사용될 수 있었다. 
  앤더비의 살인자 또는 살인자들의 정액의 잔존물들이 희생자들에게서 발견되었고, 제프리
스교수는 두 살인범이 동일인인지 확인하기 위해 이 표본에 대하여  그의 새 DNA지문접을 
실시해 줄 것을 요청받았다. 그검사는 결정적임이 판명되었다. 한 희생자에게서 나온 정액은 
다른 희생자에게서 나온 것과 동일한 DNA지문을  가졌다. 두 피살자들은 동일인에 의하여 
강간당했으리라는 경찰의 추측이 확증되었다. 
  살인 사건들이 일어난 지역 출신의 17세 청년이 첫 번째 용의자로 떠오랐고 경찰은 그의 
자백을 받아냈다. 그러나 제프리스가  그의 DNA지문 분석을 실시했을  때 그의 것이 진짜 
강간범의 정액 표본에서 얻은 DNA지문과 일치하지 않음을 발견했다. 그 용의자 청년은 그
의 자백에도 불구하고 범행을 하지  않았음이 확실했다. 진짜 살인범에  대하여 본격적이고 
집중적인 수사가 촉구되었다. 경찰에게는 중요한 단서가 있었다. 그것은  바로 범인의 DNA
지문이었다. 
  1987년 초, 경찰은 그 지역 주민에 대한 일제 조사를 추진시켰다. 약 5000개의 혈액  표본
이 각 개인으로부터 채취되었고  그것들의 DNA지문이 조사되었다.  불행하게도 이것들 중 
아무 것도 강간 희생자에게서 채취된 정액 표본으로부터 결정된 DNA지문과 일치하지 않았
다. 그러나 경찰은 한 지역 주민에게 그 살인 사건들에 대한 강력한 혐의를 두었다.  오래지 
않아 한 사람이 그가 우연히 들은 두 직장 동료 사이의 대화  내용을 경찰에 알렸다. 한 사
람이 다른 사람에게 콜린 피치포크라고 불리는 제빵업자가 경찰이 실시한  DNA 지문 일제 
검사 실시 중에 자신을 설득하여 피를 얻어냈다고 말했다. 피치포크에게경찰이 접근하여 그
의 DNA지문을 분석했을 때, 그것은 실제로 강간 희생자들로부터 나온 정액 표본에서 발견
된 것과 일치했다. 1987년 피치포크는 DNA지문이 주된 증거가 되어 기소된 최초의 살인범
이 되었다. 
  DNA지문법은 그 후로 전 세계에서 법정 논증 기술로 사용되게 되었고, 원래의 방법에서 
개선된 변형들은 범죄 해결을 돕는 능력이 향상되고 있다. 예를 들면, 여러 해 전에 죽은 사
람의 뼈조직에서 추출한 DNA를 검사하여 그 사람의 신원을 확인할 수 있고 머리카락 하나
에서 추출된 DNA를 분석할 수도  있다. DNA 지문은 친자소송을 해결하는데  종종 사용된
다. 한 자녀의 진짜 아버지가 확실하게 확인될 수 있고  진짜 아버지가 아닌 남자가 아버지
가 아니라는 것이 결정적으로 입증될 수 있다. 이민 분쟁도 제프리스의 방법에 의해 해결되
고 있다. 예를 들면, 한 남자가 어떤 가족의 아버지라고 주장하는 많은 경우에 그는  실제로 
진짜 아버지의 형제로 의심받을 수 있다. DNA지문법은  이 두가지 가능성을 식별할 수 있
다. 
  생물학적 표본에 대한 법의학적 검사는 주로 혈액군 분석에  의해 크게 의존했는데, 그것
은 혈액 표본을 얻을 수 있을때만 사용될  수 있고 다른 조직이나 체액에 대해서는 사용될 
수 없다. 혈액군은 그것을 운반하는 분자가 불안정하여 이  분석은 오래된 시료에 대햐여는 
실시될 수 없다. 혈액군은 사람들 사이에 약간씩만 상이하므로  종종 모호한 결과를 내놓는 
다. DNA 지문법은 이런 결점이 없다. 이전의 방법들은 한  사람을 용의자에서 제외시킬 수 
있었지만 결코 한 용의자가 진짜 범인임을 합리적인 의심없이  입증할 수는 없었다. 검사되
는 시료가 다른 사람에게서 나온 DNA로 오염되어 있지 않고 DNA가 용의자로부터 얻어질
수 있으며 그과정이 제대로 행해진다면 한 용의자의 범죄 여부가 확정될 수 있다. 
  DNA 지문법에 대한 놀라운  사실 중의 하나는 그것이  꽤 우연히 발견되었다는 점이다. 
발견자 알렉 제프리스는 범죄  과학에 혁명을 일으키고, 직접적으로  사회에 유용한 기술을 
발견하리라고는 그가 생화학 연구를 수행하는 동안 전혀 예상도 못했다. 여기에 기초연구가 
엄청난 혜택을 가져다 준 또다른 예가 있다.  실험실 시험관에 있는 DNA가 분자 셜록홈스
가 되었던 것이다. DNA지문법을 제대로 이해하기 위해서는 유전자와 DNA의  본성에 대한 
약간의 지식이 필요하다. 
  
    DNA, 유전자 그리고 단백질
  각 개이은 자신의 독특한 신체적 특징의 집합을 가지고  있음이 분명하다. 그렇지 않다면 
어떻게 우리가 서로를 알아볼 것인가? 인간이나 다른 생명체의 신체적 외양은 그 유기체의 
표현형이라고 불린다. 표현형은 우리 몸 안의 수십만 개의  분자간의 상호작용에 의하여 대
체로 결정된다. 특히 단백질은 생체 세포의 많은 구조적 성분의 구성물이며, 음식  에너지를 
근육 활동으로 전환하는 것 같은 많은 화학과정을 수행하기 때문에 표현형을 결정하는 주된 
역할을 한다. 눈의 색깔, 머리카락의 색깔과 결, 신장과  체격은 모두 대부분이 단백질에 의
하여 결정된다. 
  이 단백질은 어디에서 유래하는가? 대부분은 우리의 체세포에 의하여 만들어진다. 단백질
은 아미노산이라고 불리는 화학 물질로 이루어져 있다. 아미노산은 음식에서 유래하거나 당
류 같은 다른 음식 성분으로부터 우리세포 자신이 직접 만든다.  우리 몸 안에는 만 여종의 
단백질이 존재하는데 이것은 각각의 단백질이 독특하며 신체 내에서 정확한 기능을  수행하
기에 적합함을 의미한다. 인슐린은 혈당 수준을 제어하는 단백질이다. 항체는 외래 박테리아
와 다른 체내 침입자들을 공격하고 박멸하는데  관여하는 단백질이다. 케라틴은 머리카락과 
손톱의 구조의 주요 부분을 구성하는 단백질이다. 그리고 헤모글로빈은 우리의 체세포에 산
소를 공급하여 체세포가 왕성하게 자랄 수 있도록 하는 단백질이다. 
  어떻게 단백질이 다른 세포에 의하여  정확한 방식으로 만들어지는지를 이해하는  열쇠는 
유전자에 있다. 유전자는 단백질에 유전 암호를 지정하여 우리의  표현형의 많은 부분을 결
정한다. 체내의 각 단백질은 자신만의 독특한  유전자에 의하여 암호를 지정받는다. 뇌,  간, 
콩팥, 피부, 폐 등의 세포 같은 체내의 거의 모든 세포는 유기체 전체를 만드는데 필요한 모
든 유전자를 가지고 있다. 그리하여 간 세포는 그 안에서만 발견되는 단백질이나 간과 뇌세
포 둘 다에서 발견되는 단백질의 암호를 지정하는 유전자에 추가하여 뇌에서 특이하게 발견
되는 단백질의 암호를 지정하는 유전자도 갖고 있다. 그러므로  간과 뇌세포의 차이점은 세
포내의 어떤 특정한 유전자 조합이 단백질을 만드는 데  사용되는가에 의하여 결정된다. 간
세포는 간 세포에 의해 요구되는 단백질을 만드는 데  사용되는가에 의하여 결정된다. 간세
포는 간 세포에 의해 요구되는 단백질만을 만들도록 프로그램되어  있다. 이 단백질들의 유
전자 스위치만이 '켜져'있는 것이다. 특이한 뇌의 단백질은 간 세포에도 그것의 암호를 지정
하는 유전자들이 있지만 간 세포의 의해 사용되지 않는다.  그러므로 특이한 뇌의 단백질의 
유전자들은 간세포에서는 스위치가 꺼져 있어서 특이한 뇌의 단백질들은 간 세포에  의하여 
만들어지지 않는다. 이러한 다른 단백질 조합의 선택적 발현이  체내에서 다른 세포와 조직
을 만들어내는 것이다. 
  유전자는 발생을 유발하는 정자와 난자를 통해서  우리의 부모로부터 우리에게 전달된다. 
우리 유전자의 절반은 어머니로부터 오고  나머지 절반은 아버지로부터 온다.  우리 개인의 
대부분의 독특성은 우리가 부모로부터 물려받은 유전자  조합에서 유래한다. 우리가 부모로
부터 물려받을 수 있는 유전자는 수백만의 가능한 조합이 있고, 그것이 우리 형제와 자매가 
우리와 다른 외모를 갖는 근본적인 이유다. 그러나 그들은 우리와 동일한 유전자도 많이 갖
고 있어서 우리와 닮은 점을 갖고 있는 것이다. 
  유전자는 자연의  매우 복잡하고  아름다운  발현이지만 비밀스런  것은 아니다.   그것
은 
DNA로 이루어져 있으며 한 사람의 표현형을 결정하는 단백질을 생산하기 위하여 세포안의 
DNA를 판독한 메커니즘은 현재 이해가 잘된다.  DNA자체와DNA가 단백질에 유전 암호를 
지정하는 방법에 대한 이러한 이해는 20세기 인류의 가장 위대한 업적 중 하나이다. 
단백질에 있는 아미노산의 배열은 단백질마다 독특하여 그 단백질의 구조적 특성과  기능적 
특성을 그 단백질을 부여한다. DNA 는 단백질의 아미노산 배열의 어떠할지를 결정하는 단
순한 4글자의 알파뱃이다. 그 네문자.  A, G, C, T은 긴  사슬에 결합되어 있는 화학적으로 
독특한 구조다. 단백지르이 아미노산 배열을 결정하는 특정 단백질 유전자는 4개의 다른 문
자에 의하여 판독될 수 이싿. 예를 들면, 인슐린 유전자는 매우 특이한 방식으로 배열된  수
천 개의 네 문자로 이루어진 DNA의 가닥으로  이루어져 있다. 어떤 세포가 인슐린을 만들 
때 그것은 인슐린 유전자 안의  정보를 판독하고 인슐린 단백질을 만든다.  DNA는 본질상, 
살아있는 세포가 자신의 구조를 구성하고 생명과정을 수행할 단백질을 만들기 위해 읽는 놀
라운 분자 백과사전이다. 각각의  사람 세포는 온몸의  단백질을 표시하는 DNA백과사전을 
갖고 있지만 단지 그 '단락들', 즉 유전자들  중 일부만이 특별한 유형의  세포에게 필요하
다. 
예를 들면, 뇌세포는 자기에게 필요한  단락만을 읽는다. 다시말해 뇌세포는 적절한  기능을 
위하여 요구되는 단백질만을 생성한다. 
  한 유기체는 DNA백과사전은 게놈이라고 불린다. 인간의  게놈은 대략 10만 개의 유전자
를 포함한다. 단일한 인간 세포에서 DNA를  추출하여 풀어보면 그것은 길이가 거의  2m에 
달한다 보통 어른은 대략 1조 개의 세포를 가지고 있으므로  모든 체세포에서 추출된 DNA
는 지구에서 달가지를 수천번 왕복할 길이에 해당한다. 지난  20년동안 유전자에 대한 우리
의 이해와 유전자를 실험실에서 인위적으로 조작할  수 있는 능력은 엄청난 진보를  거듭해 
왓다. 사람의 게놈의 거의 모든 부분에 유전  암호를 지정하는 DNA는 작은 시험관에서 분
리되어 얻어질 수 있다. 우리는 유전공학의 세계에서 살고 있으므로 언젠가 낭포성  섬유증, 
다운 증후군, 근위증 같은  유전병이 DNA조작에 의해 치료될  것이다. 어쨋든 DNA조작에 
의하여 이루어진 큰 진보는 낭포성 섬유증과 근위증 같은 병에서 결함 유전자를 연구할 수 
있게 해주었다. 그러한 연구들은 이것들과 다른 불쾌한 질병들의 더 나은 치료로 인도할 실
마리를 밝혀가고 있다. 
  인간 세포 내부의 DNA들 중 많은 수가 실제로 단백질에 유전  암호를 지정하는 일을 하
지 않는 것이 밝혀졌다. 어떤 생물학자들은 이것을 DNA'정크'라고 부르는데 적어도 그것들 
중 몇몇은 중요한 기능을 갖고 있음에 틀림없다. 단백질 암호 지정 유전자는 사람마다 약간
의 차이가 있지만 정크, 즉 비암호지정 DNA는 훨씬 더 차이가  크기 때문에 DNA지문법의 
기초가 되는 것이 바로 이것이다. 
  DNA지문법은 인간 DNA와 그것이 개인간에 어떻게  다른가에 대한 기초 연구에서 비롯
되었다. 그것의 법의학적 응요은 이 연구의 목적과는 거리가 멀었다. 오히려 그러한  응용은 
기대하지도 못한 부산물 중 하나였다. 그것이 과학 연구가 진행되는 방식이다. 아무도  그것
이 무슨 보물을 감추고 있는지 확실히 알 수 없다. 
  
    DNA 지문의 발견
  알렉 제프리스는 1950년에 잉글랜드의 옥스퍼드에서  태어났다 그는 어려서 생체  세포를 
구성하는 분자에 관심을 갖게 되어 옥스퍼드 대학에서 생화학  학위를 받았다. 1970년대 초
에 과학자들은 어떻게 DNA가 단백질에 암호를 지정하며 왜 다른 종류의 세포가 다른 단백
질 조합을 만들어 내는지 연구하기 위한 기술을 개발하여  사용하고 있었다. 제프리스는 이 
연구 분야에 매혹되었고 그 주제로 박사학위 연구를 했다. 
  1970년대 말에서 1980년대 초에 과학자들은 유전자를  추출하는 단계까지 진보했다. 주어
진 DNA분자의 네가지 문자의 배열을 결정하는 것이 가능해져서 그것들에  의해 암호를 부
여받은 단백질을 '판독'하는 것이  가능했다. 많은 과학자들처럼  제프리스는 세포가 어헣게 
어떤 조합의 유전자를 제어하여 단백질롤 번역하짖, 유전자가 어헉게 진화했는지, 그리고 이
상 DNA배열을 포함하는 낭포성 　ㅁ유증이나 근위증 같은 유전병을 어떻게  더 잘 이해할 
수 　ㅆ는지를 알아낸 데 DNA분자의 부니롸 그  배열의 결정이 열쇠가 된다고 믿었다. 그
러므로 그는 헤모글로빈의 단백질 성분이 글로빈에 암호를 지정하는 DNA를 추출하여 연구
하고 있엇던 네덜란드이 과학자 팀에 합류했다. 헬모글로빈은 피의  색을 붉게 하며 폐에서 
다른 신체 기관으로 산소를 운반하는 생체 기능을 한다.  글로빈에 암호를 지정하는 유전자
는 시험관에서 분리된 최초의 유전자 중 하나였다. 
  네덜란드의 딕 플라벨과 함께 일하는 동안 제플리스는 유전자가 많은 사람들의  생각만큼 
단순하지 않음을 발견했다. 글로빈 유전자는 연속상으로 존재하지 않고 분명한 의마가 없는 
DNA배열에 의해 중단되어 있음이 발견되었다. 인트론이라고  불리는 이 중간 마디는 글로
빈 단백질 세포의 어느 부분에도\ 암호를 지정하지 않지만 글로빈에  암호를 지정하는 유전
자 내에 존재하나다. 그것은 마치DNA백과사전의 단락들의  의미있는 많은 문장 속에 띄엄
띄엄 흩어져 있는 의미없는 단어 배열과 같다. 그 후로 인트론은 많은 유전자에서 발견되었
고 결코 무의미한 것이아니라 특정 유전자가 만드는 단백질의 수준을 조절하는데  관여한다
는 증거가 있다. 
  제프리스의 글로빈 유전자 연구는 DNA배열과  DNA배열이 어떻게 다른 개인  사이에서, 
또 다른 종 사이에서 차이가 나는지에 대해 더 많이 알고 싶은 호기심과 열망을 그에게  불
러일으켰다. 그는 영국으로 돌아가 레스터 대학에서 교수직을 맡아 또 다른 유전자,  이번애
는 미오글로빈이라는 단백질에 암호를 부여하는 유전자에  대하여 연구하기 시작했다. 미오
글로빈은 근육 세포가 피로부터 산소를 받아들여 근육 활동에  사용하는 것을 도와준다. 동
시에 제프리스가 인동하는 과학자 팀은 소종체라는 인간 DNA배열에 대하여 연구하기 시작
했다. 인트론처럼 세포마다 수천 본씩 존재하며 그것의 기능은  아직 충분히 이해되지 않았
다. 
  미오글로빈과 소종체에 대한 두 연구 플로젝트는 제프리스와 그의 동료들이 사람의  미오
글로빈 유전자에서 소종체의 DNA배열을 발견했을 때  하나로 합쳐졌다. 이 소종체는 미오
글로빈 유전자의 인트론 중 하난에 존재했다. 제프리스는 일반적인 DNA 배열과 DNA가 인
간의 게놈에서 어떻게 배열되어 있는가에 관ㅅ미이 끌렸드시 이 소종체에도 관ㅅ미이  끌렸
다. 소종체는 인간의 게놈의 다른 곳, 즉 미오글로빈 이외의 단백질에 암호를 지정하는 유전
자 네에서도 발견될 것인가?  그렇게 된다면 소종체는  다른 유전자 영역에  대한 '표시'로  
사
용될 수 있으며, 그것은 비정상 DNA배열이 잘못된 단백질에 유전 암호를 지정하여 병적표
현형을 야기한 다양한 유전병에서 비정상 유전자  영역을 감지해 내는데 사용될 수  있다고 
제프리스는 생각했다. 
  제프리스 팀이 사람의 게놈의 다른  곳에서 미오글로빈 소종체 DNA배열을  찾아냈을 때 
그들은 실제로 유사 배열이 다른 많은 곳에서도 존재하는 것을 발견했다. 그러나 놀라운 것
은 사람들은 그들의 게놈에 그들 나름대로의 소종체의 패턴을  갖고 있는 것이었다. 소종체 
DNA가닥의 길이는 사람마다 매우 달랐다. 그래서 제프리스는 자신이 한 사람을 다른 사람
에게서 구분되게 하는 DNA배열, 즉 DNA지문을 찾아낸  것을 깨달았다. 그는 또한 친척들
은 공통적으로 서로의 DNA지문의 특색을 약간씩 공유하고 있음을 발견했다. 예를 들어, 한 
자녀의 DNA지문은 부모의 DNA지문의 일부로  구성될 것이다. 제프리스와 그의  동료들이 
DNA지문이 존재한다는 것을 입증하는 논문을 발표한 후에 영국의 신문들은  그 발견을 보
도했다. 제프리스는 이공개의 결과로 이민  소송을 해결하는데 문제가 있었던  한 변호사를 
접촉하게 되었다. 한 남자가 이미 영국에 살고 있는 한 가족의 합법적 구성원임을 주장했지
만 그의 입국은 거절당한 상태였다.  그와 그의 변호사는 그 가족과  그의 관계의 신빙성을 
당국에 납득시키는데 실패했다. 제프리스와 그의 팀은 이 남자와 그의 추정된 가족의 DNA
지문검사를 실시했고 그의 주장이 사실임을 입증했다. 
  신문들은 이 일을 대서특필했고, 제프리스에게 더  많은 이민에 대하여 DNA지문 검사를 
해달라는 요청이 쇄도했다. 결국 1985년 말에 그 검사를 수행하는 회사가 설립되었다.  영국
과 다른 나라의 법의학 연구실은 곧 필요한  기술을 개발했고, DNA지문법은 이제 전 세계
에서 친자 소송과 이민 분쟁뿐 아니라 범죄 해결에도 사용되고 있다. 
  
    DNA 지문검사 기술
  DNA 지문을 만들기 위한 출발점은 지문을 알려는 사람의 DNA를 포함하는 표본을 얻는 
것이다. 요즈음 DNA지문법 및 그 과정의 수정판은 혈액, 정액, 타액, 머리카락, 뼈 등 전 범
위의 물질에 대해 실시될 수 있다. DNA는 내구력이 있어서  2,500년 된 이집트의 미이라나 
5,500년 된 뼈에서도 소량으로  추출될 수 있다  제프리스와 그의 팀은  피살자의 해골에서 
DNA를 추출하고 그것을 희생자의 충정상의 부모의 DNA와 비교함으로서 신원을 확인해냈
다. 그들은 또한 양질의 DNA가 4년된 광목  위의 혈흔에서 추출되어 지문을 만드는 데 사
용될 수있음을 알아냈다. 
  최근에는 미세한 표본에 대해 DNA지문과 관련된  방법을 사용하는 것이 가능해쪘다. 한 
가닥의 머리카락은 약 5,000개의 세포를 포함하며  이것은 명쾌한 DNA패턴을 만들기에 충
분하다. 실제로 이제는 단일 세포의DNA를 검출하느 ㄱ서이 간으하다. 이것은 '중합체 효소 
연쇄반응'즉 PCR 이라고 불리는 과정으로 가능해진 것이다. 그것은 단일 세포의DNA를  수
천 개의 복사본으로증폭시켜 제프리스의 방법을 사용해 검사할 수  있게 한 것이다. 법의학
은 엄청나게 발전할 것이다. 범죄 현장에서  회수된DNA는 소량만 있어도 전례없는 수준으
로 희생자와 범인의 신원을 확인할 수있게 될 것이다. 
  일단 DNA 가 연구중인  체액이나 조직 표본에서  분리되면 DNA지문검사가 수행되기에 
충분히 양호한 상태인지 확실히 하기위해 그것의 질과 양이 평가된다. DNA는 DNA를 정확
한 위치에서 절단하는 단백질인 제한효소를 사용하여 정해진 배열의 더 작은 절편으로 쪼개
진다. 이것은 소종체가 있는 게놈의 다른 영역이 서로 분리되게 해준다. 어떤 소종체는 매우 
큰 DNA절편에서 발견되고 어떤 것은 작은  절편에서 발견된다. 제한효소에 의해 만들어진 
어떤 절편은 소종체의 배열을 포함하지 않는다. 
  DNA절편은 전기영동이라는 과정을 거쳐서  크기에 따라 분리된다.  이 방법에서 전류의 
영향을 받아 큰 DNA파편은 작은  것보다 느리게 이동한다. 일단 분리되면  소종체 DNA가 
있는 절편들은 얻어진 DNA절편의 총수의  작은 부분만을 대표하므로 특정화될  필요가 있
다. 소종체 DNA를 검출하는 '탐침'이 이 목적에서 사용되고, 최종적 DNA지문은 각 사람의 
특성이 되는 정확한 패턴으로 배열된 많은  띠로 이루어져 있다. DNA지문은 슈퍼마켓에서 
파는 식료잡화류에 붙어 있는 바코드와 비교된다. 각각의 물품은  다른 물품과 구분되는 독
특한 바코드를 갖고 있어서 자동현금등록기가 그것이 통조림인지 밀가루인지 또는 다른  무
엇인지를 식별하게 해준다. DNA지문은 유사한 정확성과 단순성으로 개인의 신원을 확인해 
준다. 
  DNA 지문법이 법의학이외의 영역에서 응용되는 사례가  많고, 그 방법의 새로운 용도가 
종종 발견되고 있다. 소종체 같은 DNA 다른 동물이나 식물에서도  발견되었고 DNA지문법
은 도난당한 동물의 신원 확인, 동물 육종분쟁에서 혈통확인, 육종 연구에서 만들어진  식물
을 기술하는 데 사용될 수 있다. 제프리스의 DNA방법은 예를 들면, 영국 개 품평회에서 챔
피온이 된 개의 품종을 확인하는 데 사용되었다. 
  이식된 장기는 수혜자와는 다른 DNA지문을 가진 증여자에서 유래하기 때문에 DNA분석
이 장기이식의진보를 연구하는데 사용될 수 있다. 골수이식을 받은 백혈병 환자로부터 채취
한 골수 세포의DNA지문은 이식된 세포가 새로운 체내에서 얼마나 잘 정착했는지를 평가할 
수 있게 해준다. 
  1980년대 말에 2차대전중 아우슈비츠  수용소의 희생자들에게 '죽음의  천사'알려진 나치 
의
사인 요제프 멩겔레 의 것이라는 시체가 브라질에서 발견되었다. 증거가 조사되었고 전문가
들은 약간의 의심은 있짐나 실제로 그 시체가 멩겔레의 것이라고 결론을 내렸다. 뒤이어 아
직 살아있는 멩겔레의 가까운 친척들의 DNA지문과  연관하여 DNA지문 검사가 그 시체에 
실시되었따 결과는 의심할 여지없이 그 시체가 극악무도한 나치 의사의 것임을 확증하였다. 
  DNA 지문법은 폭발이나 비행기 추락으로 다른 기준으로는 쉽게 확인할 수 없는 사고 희
생자의 신원을 파악하는데도 사용될 수  있다. 알렉 제프리스에게는 순수한  과학적 탐구로 
시작된 것이 아주 강력한 범죄 해결 무기가 되었고 그 용도는 생활의 다른 영역으로 확대되
고 있다. 그의 연구팀이 DNA의 개인적 독특성을 입증했을대조차 제프리스는 법전문가들이 
법정에서 그의 분자 차원의 증거를 받아들일지에 대하여는  회의적이었다. "그 시기에 있는 
우리는 DNA증거가 연구실험실에서 법정으로 나아가는 데는 많은  문제가 있으리라고 생각
했다. 그 이후의 역사는 우리가 쓸데없이 비관적이었음을 보여주었다."
  
      18. 마술탄환
  20세기의 후반기에는 많은 질병들에 대한 더 갚은 이해, 예방, 진단 그리고 치료뿐 아니라 
틀림없이 새로운 약제와 농산물을 풍부하게낼 DNA제조합 기술에 있어 환상적인 진보가 있
었다. 질병에 대한 연구에 또 하나의 기념비적 진보는  1975년에 생명체가 감염성 유기최를 
격퇴하는 데 사용하는 방어 체계에 대한 연구인 면역학의  분야에서 이루어졌다. 이 대도약
은 생물학적, 의학적 및 생화학적 연구에서 막강한 무기인 단일 클론 항체를 얻어낸 것이다. 
단일 클론항체는 과학에 엄청난 기여를 했다. 그것의 의학적 응용은 암과 다른 질병의 진단, 
임신 테스트, 조직형 확정을 포함하며 항암제로 쓰이는 것을 포함하여 더 많은 혜택들이 미
래에 나타날 것이 확실하다. 
  단일 클론 항체가 무엇이며  왜 그것이 그렇게 중요한지  이해하려면, 동물의 면역체계에 
대한 몇 가지 측면을 이해하는 것이 필요하다. 면역체계없이는  대부분의 우리는 보통 상태
에서 출생 이후 오래 살아 있을 수 없을 것이다. 우리는 곧 감염성 질병에 걸려 죽게 될 것
이다. 면역 기능의 상실의 심각한 결과는 면역체계의 어떤  성분의 결핍을 포함하는 후천성 
면역 결핍증으로 고통받는 환자에게서 쉽게 볼수 있다. 이  환자들은 에이즈에 걸리지 않은 
사람들이 좀처럼 겪지 않는 감염을 일으키는 경향이 있다. 예를 들면 에이즈의 주된 질환은 
대부분의 주변에 존재하는 미생물에 의해  야기되는 폐병인 폐낭염이다. 우리  모두는 매일 
미생물과 만나고 그것을 폐로 들이마시자만 그것을 우리에게 아무  해가 없다. 극서은 우리
가 어렸을 때, 폐낭염에 대한 면역을 형성했기 때문이다. 우리는 면역체계는 우리가 그 미생
물을 접촉할 때마다 성공적으로 그것을 물리친다. 그러나 에이즈 환자에게는 에이즈 바이러
스가 면역체계의 T세포를 손상시키기 때문에 방어 체계에  결함이 있다. T세포는 폐낭염을 
일으키는 것들을 포함하여 체외 미생물에 대한 방어의 중요한 부분이므로 에이즈 환자는 더 
이상 면역을 갖지 못한다. 결과저긍로 그들은 쉽게 폐낭염 미생물에 감염된다. 에이즈  환자
는 우리가 거의 매일 접촉하지만 어려서 이미 면역이 형성되었기에 보통은 해가 없는 미생
물들이 야기하는 몇 가지 다른 병에도 걸리기 쉽다. 그러한 감염은 기회감염이라 불린다. 
  우리가 일상 환경에서 만나는 보통 무해한 미생물로부터 우리를 보호하는 것에  추가해서 
면역체계는 해가 되는 많은 유기체를 물리쳐 우리가 병에서 회복되게 한다. 질병에 대한 예
방접종을 함으로써 장래에 그 병에 걸리지 않게 해주는  것도 면역체계이다. 면역체계는 많
은 다른 이유에서 중요하며 그 복잡한 메커니즘에 대한 지식은 전염성 질병과 다른 질병의 
더 나은 치료와 예방뿐 아니라 이식된 장기를 수혜자 안에서 잘 정착하게 하느 ㄴ데 필수적
이다. 한 사람의 면역체계는 그 사람의장기와 다른 사람의  장기의 차이를 '알고 있기' 때문
에 이식거부반응을 일으킨다. 
  에이즈 환자에게 결여된 T세포같은 세포는 면역체게의 한 성분을 구성한다. 그 체계의 또
다른 부분을 항체라 불리는 단백질을 포함하는 비세포 물질로  이루어져 있다. 항체는 박테
리아나 단백질 같은 외래 물질을 특정하게 인식하고 달라붙는  매우 다가능한 분자이다. 일
반적으로 항체는 외래 물질의 단일 분자에만 달라붙고 다른  물질에는 달라붙지 않는다. 예
를 들면, 특정한 단백질에 달라붙는 항체는 또 하나의 다른 단백질에 달라붙지 않고, 두  번
째 단백질에 달라붙지만 첫 번째에는 붙지 않는 항체가 따로 있을 수 있다. 더 특수하게 특
정 단백질의 한 부분에 달라붙는 항체는 보통 그 단백질의 또 다른 부분에는 달라붙지 않는
다. 다시 말해, 항체는 매우 특이하다. 항체가 결합하는 물질은 항원이라고 불린다. 그러므로 
일반적으로 말해 각각의 항체는 단 한가지 유형의 항원 또는 특정 항원의 한영역만 인식하
고 결합한다. 
  외래의 유기체나 다른 물질이 우리 몸 안에 들어올 때 우리는 종종 그것에 대한 항체를만
들어낸다. 이 항체는 우리의 혈류에 나타나며 간단한 생화학적 기술에 의해 검출될 수 있다 
항체가 항원에 달라붙으면 체네에서 결국 외래 물질의 힘을꺽고 제거하는 과정이 시작된다. 
우리가 한 박테리아에 대한 항체들을 만들어내면 우리 혀류 속에서 그 박테리아에 대항하는 
많은 다른 항체들이 존재할 수 있다. 그 항체 중 일부는 그  박테리아 안의 한 특정 항으　
에 대항하고 다른 항체들은 다른 하원들에 대항할 것이다. 그리고 몇몇의 항체들은 단일 박
테리아 항원의 다른 항원결정소들을 인식할 수 있다. 마치 같은  쌍의 발에 다른 켤러의 신
발이 맞을 수 있듯이 같은 항원결정소에 달라붙는  다른 항체가 있을 수도 있고 어떤 것은 
다른 것보다 더 잘 맞을 수도 있다. 우리는 이전에 우리의 생활 속에서 그 박테리아와 한번
도 접촉한 적이 없을지도 우리는 그 항원을 특이하게 인식하는 많은 항체를 만들어낼 것이
다. 아마도 더 놀라운 것은 자연적으로 존재하지 않고 보통 환경에서는 동물에 들어갈 가능
성이 전형 없는 작은 합성 분자 같은 인공 물질에 특정하게 결합하는 항체가 만들어 질수있
다는 점이다. 이 화학적 항원을 인식하기는 하지만 다른 알려진 물질은 인식하자 못하는 항
체는 쉽게 실험용 동물 안에서 만들어질 수 있다. 
  한 사람의 항체가 잠재적으로 인식할 수 있는 서로 다른 항원의 수는 100만을 족히  넘고 
수천만에 달할 것이라고 추정되어 왔다. 다시 말해서, 우리의 면역체계는 각각이 다른  독특
한 항원을 인식하는 수백만의 다른 항체를 생성할 능력이 있다는 말이다. 어떻게 이것이 가
능할까? 무슨 놀라운 매커니즘이 이  막대한 만능성과 특이성을 야기하여 동물이  숙백만의 
외래 물질이 낯설음을 인식할 뿐만 아니라 이 물질들 각각을 식별해내는것일까? 그것은 마
치 한 사람이 1백만 명의 다른 사람들 사이의 차이를 인식하여 구분해 낼수 있는 것처럼 믿
기 힘들다. 
  외래 물질에 대한 동물이 항체 반응의 복잡성을 설명하려는 ㄴ연구는 다소 우연히 1975년
에 클론 항체 생산법의 개발로 이어졌다. 이 발견을 이룬 두 과학자는 잉글랜드의 케임브리
지 대학에서 일하고 있었던 게오르게스 콜러와 시저 밀스타인이었다. 1984년에 그들으 ㄴ이 
중요한 진보로 노벨 생리학 및  의학상을 수상했다. 콜러가 밀스타인의  실험실에 함류하기 
전에도 밀스타인은 항체 생산을 연구하고 있었다.  밀스타인은 아르헨티나의 유태계 이민의 
아들로 태어났고 거기서 실험 과학자로 훈련받았다. 그는 1958년에 영국으로 건너갔다. 1961
년에 아르헨티나로 돌아왔다가 1963년에 다시 영국으로  돌아갔다. 케임브리지 대학에서 그
와 그의 동료들은, 한 동물이  왜 다른 항원이 특이성을 가진  수백만의 항체를 만들어낼수 
있는가를 이해하려고 노력하는 세계 도처의 성장하는 한 그룹의 과학자들의 상설 멤버가 되
었다. 이 문제는 항체 연구사에서 연원이 상당히 오래되엇다. 
  
    항체의 역사
  항체의 다양성에 대한 연구는 역사적으로 많은 부분이 제너와 파스퇴르에 의한 백신의 개
발과 함께 시작되었다. 19세기 말 경에는 동물들이 외래의  미생물로부터 잣닝르 방어할 수 
있을 뿐만 아니라 미생물이 유발하는 많은 질병들에 대한  면역이, 죽거나 비활성인 병인성 
미생물을 동물에 주입하믕로써 인위적으로 유도될 수있음이 확실해졌다. 파스퇴르에 의해서 
백신 개발이 가능해지자 많은 과학자들이 다양한 질병에 대한 면역의 메커니즘을  진지하게 
탐구하게 되었다. 
  주된 면역학의 발전 1890년 독일의 세균학자 에밀베링과 일본의세균학자 기타사토 시바사
부로가 파상풍에 대한 면역이 혈류속의 물질들의 존재에 기인함을 입증했을 때 이루어졌다. 
그 당시에 파상풍 박테리아는 그 병의 많은 증상을 일으키는 유독 물질을 만들어내며, 그독
은 이 박테리아가 배양되는 영양액에서 얻어질 수 있다고 알려져 있었다. 
  베링과 기타사토는 토끼에게 반치사량의 파상풍  독을 주사하고 이것이 토기에게  면역을 
유도하는 것을 발견했다. 그 토끼들은 면역이 안된 토끼를  죽인 살아있는 파상풍 미생물의 
뒤이은 주입에도 죽지 않았다. 그리고 나서 베링과 기타사토는  이 면역이 ㅗ딘 토끼로부터 
피를 채취하여 혈 세포를 분리해내서 혈청이라고 불리는 피의  비세포부분만 남겼다. 이 혈
청을 생쥐에게 주사하여 감염성 파상풍균에 도전받게 했다. 그생쥐는 파상풍에 걸리지 않았
고, 면역이된 토끼의 혈청속에 항독소라 불리는 무언가각 생쥐를 파상풍의 독으로부터 보호
하고 있음이 확실했다.  이 위대한 발견으로 면역이 있는 동물의  혈청을 병에 감염된 사람
에게 옮기는 혈청요법의 길이 열렸다. 옮겨진 혈청의 항독소가  병이 퍼지는 것을 일시적으
로 보호해 준다. 베링은 이어서 혈청요법을 19세기 말  어린 아이들의 주요사망원인이 되었
던 디프테리아에 적용하였다 디프테리아균으로 만들어진 독에 의해 면역이 된 말에서  뽑은 
혈청이 아이들을 일시적으로 다프테리아 감염에서 보호하는데 효과적임이 밝혀졌다. 1894년 
에 이 디프테리아 해독제는 상업적으로 판매되었고 인간의 질병 치료에 주요한 진보로 평가
받았다. 
  현재 우리는 이 방어용 혈청에 존재하는 항독소는 파상풍균과 디프테링균에 결합하여  그 
독을 비활성화한 항체임을 알고 있다. 1895년에 항체가 다른 방법으로 혈청에서 검출되었다. 
벨기에의 과학자 보르데는 한 동물의  적혈구가 다른 동물에서 채취된 혈청과 함께 배양되
었을 때 서로 뭉치는 것을 발견했다. 한 종의 혈청속의 무언가가 또 다른 종의 적혈구 세포
를 응집하게 하고 있었다. 5년  후에 카를 란트슈타아너 라는  오스트리아의 면역학자가 한 
사람의 혈청이 다른 사람에게서 채취한 적혈구를 뭉치게 할  수 있음을 발견했다. 란트슈타
이너는 적혈구의뭉치는 양상을, 사람의 피를 그가 A, B, O형이라고 부른 세 가지  주요형으
로 구분하는데 상요할 수 있음을 발견했다. 네 번째형 AB형은 나중에 첨가되었다. 그는  혈
액형을 발견했고 이로서 훨씬 더 성공적인 수혈의 길을 열었다. 이는 개인의 혈액형이 결정
되어 수혈받는 혈액이 상응하는 혈액형을 가진 증여자에게서 나오도록 보장할 수 있었기 때
문이다. 적혈구 응고를 유발하는 혈청 인자는 응집체라고 불렸다. 현재 우린느 그것이  항체
임을 알고 있다. 20세기 초에 면역학  개념에 크게 영향을 미쳤다. 항체 다양성과  특수서에 
대한 그의 이론은 그 분야를 지해하였다. 에를리히는 항체의  항원에 대한 고도의 특수성르 
열쇠와 자물쇠에 비유했다. 항체는 다양한 형태로 존재하여 각 항체는 단 하나의 항원에 들
어맞는다. 에를리히는 곁사슬 가설이라고 그가  부른 항체 다양성에 대한 설명을  제안했다. 
그의 생각은 항체를 생산하는 체내의 각 세포는 다른 항원을 인식하는 많은 수의 항체 분자
를 표면에 가지고 있다는 것이었다. 이 항체들은 그 사람이  그 항원을 만나기 전에 존재한
다. 항원이 그 몸으로 들어갈 때, 그것은 항체 생산 세포의 표면의 특정항체에 결합하고  이
것은 그 세포가 더 많은 그 특정 항체를 만들어내는 자극이 된다. 다시 말해, 항체  생산 세
포는 한종류 이상의 항원에 대하여 항체를 만들어낸다. 이 항원중 하나와 만나면 그 항원에 
특정한 항체가 대량으로 생산된다. 이  놀라운 생각은 사실에 매우 가깝고  극히 적은 세부 
지식이 항체에 대해 알려져 있던 시절에 제안되었기에 에를리히의 천재성을 나타내준다  할 
수 있다. 면역 세포가 몇 가지가 아니라 단 하나의 항원에 대한 항체만을 만든다는 것이 현
재로서는 확실하지만 우리는 에를리히가 믿었드싱 특정 항원에 결합하는 항체가 그  사람의
항원과 만나나기 전에 이미 존재한다는 것을 알고 있었다. 
  에를리히의 이론은 고도의 항체 다양성을 설명하기 위해 제안된 두가지 주된 이론으로 대
치되었다. 이것은 지도이론과 클론선택이론이었다.  지도이론은 모든 항체 분자들이  동일하
다. 그것들은 모두 같은 아미노산 배열을 갖고 있다. 그러나 그것들은 수백만의 다른 방식으
로 감쌀 수 있다. 이 이론에 따르면 항원이 항체를 만날 때, 항체는 항원 주위를  감싸고 그
것에 꼭 맞게 된다. 이것은 이런 식으로 모양을 갖춘 더 많은 항체형성을 촉발한다.  지도이
론에서는 특정 항원에 포개진 항체는 포기지지 않은 항체가 그 항원을 만나기 전에는 체내
에 존재하지 않는다.한편, 클론선택이론은 면역체계가 독특한 항원 결합 특이성을 가진 수백
만 개의 다른 항체를 생산하는 세폴르 포함한다고 주장한다.  각각의 세포는 단일한 특이성
을 가진 항체를 생산하므로 수백만 종의 다른 항체  생산 세포가 존재한다. 클론선택이론에
서는 항원이 체내에 들어가면 그것은 그 항원에 잘 맞는  세포 표면 위의 항체에 결합한다. 
이것은 더 많은 특정 항체의 생산, 즉 이 항체를 생산하는 세포의 더 많은 생산을 촉발한다. 
클론선택이론에 의하면 특정 항원에 대한 항체는 그 생체가 항원을 만나기전에 이미 존재했
다. 
  1960년대에 영국의 생화학자 로드니 포터와 미국의 생화학자 제럴드 에덜먼은 항체  분자 
구조를 확립했는데 그들은 항체가 Y가 모양 분자임을 발견했다. 포터와 에덜먼은 면역체계
에 대한 이해에 큰 진보를 이룬 공로로  1972년 노벨 생리학 및 의학상을 수상했다. Y자형 
항체분자는 근본적으로 항체 간에 차이가 없어 동일한 영역을  포함한다. 이 불변부는 특정 
항체가 인식하는 항원에 상관없이 동일하게  나타난다. 항체 분자의 다른  부분은 항체마다 
다르며 이 변이부는 특정항원에 결합하는 항체 분자의 부분에  존재한다. 이것은 항체가 공
통적으로 많은 특징을 가진 Y장형 분자이지만 특정 위치에서 서로  다르며 그것이 어느 항
원을 인식할지를 결정하는 것이 이 영역임을 의미한다. 다른  항원에 결합하는 항체가 전적
으로 동일하지 않다는 사실은 항체가 동일한 아미노산 배열을 갖는 것이 필요한 지도이론과 
대립되었다. 클론선택이론이 결국 항체 다양성에 대한 확립된 설명이 되었다. 
  일단 클론선택이론이 받아들여지자 한  동물의 DNA백과사전, 즉  게놈이 어떻게 수백만 
종의 항체를 설명하는데 필요한 다른 많은 단백질 분자에 암호를 지정해 주는가를 설명하는 
것이 필요해쪘다. 이 항체가 동물의 해당 항원을 만나기도 전에 벌써 존재한다면 이것은 각 
항체 단백질 분자가동물의 DNA백과사전에서  자신의 유전자에 의해  암호를 부여받는다는 
말인가? 이것은 항체만을 유전 암호 지정하는 데 수백만  개의 유전자가 있어야 하며, 항체 
유전자가 동물의 게놈에서 가장 많은  유전자임을 의미하게 된다. 많은  과학자들은 수백만 
다른 항체 분자를 포함하기에 충분한 정보가 한 인간이나 동물의  DNA백과사전 안에 있을 
것 같지않다고 생각했다. 
  두가지 이론이 나타났다. 첫 번째 이론은  수백만의 독특한 항체가 모두 DNA백과사전에 
의해 암호 지정을 받는다는 것이다. 즉 게놈에는 수백만의 항체 유전자가 존재하며,  이것들
은 다른 단백질에 대한 유전자가 유전되듯이 같은 방식으로 부모로부터 자녀들에게로  전달
된다는 것이다. 두 번째 이론은 DNA백과사전에는 항체에 암호를 지정하는 유전자는 몇 개
만 있고 항체의 다양성은 항체를 생산하는 B세포로  알려진 면역세포에서 일어나는 특별한 
생화학적 메커니즘에 의해 만들어진다는 것이다. 그리하여 각 B세포는 하나의  특정 항원을 
인식하는 단일한 유형의 항체를 만들어내고 각 항체의 아미노산 배열은 그것을 생산하는 특
정 B세포의 DNA에 의해 암호를 지정받는다는 것이다. 이 경우에 특정 B세포에 의해  생산
되는 항체를 위한 DNA배열은 그 세포에서특정하게 변화된다는 것이다. 다른 B세포에서 항
체 유전자는 다른 방식으로 변화되어 다른 항원특이성을 가진 항체를 만들어낸다는 것이다. 
간이나 뇌세포처럼 항체를 생산하지 않는  신체의 비 B세포에는 몇  개의 항체 유전자만이 
있고 그것은 그 조직의 모든 세포에서 동일하다는 것이다. 항체유전자가 다양성을 창출하는 
과정은 항체를 생산하는 B세포에 특수하다고 했다. 
  항체에 암호를 부여하는 유전자에 관한 두가지  개념은 각각 어느정도 옮음이 밝혀져  있
다. DNA 백과사전에는 항체에 암호를 지정하는 유전자가  겨우 몇 개 정도가 아니라 50개
에서 몇 백개 있다. 이것들은 어떤 항체 다양성을 창출하기 위해 B세포에서 다른  방식으로 
조합될 수있다. 그러면 항체 다양성의 생성의 후속 단게는 B세포안에 있는 이 유전자안에서 
좀더 미묘한 변화에 의하여 이루어진다. 항체에 암호를 지정하는 유전자의  수와 B세포안에
서 유전자가변화되는 메커니즘은 생산될 수 있는 수백만의 다른 항체 분자를 설명해 준다. 
  항체 다양성의 창출 메커니즘을 설명하고 항체 분자의모양이 어떠하고 그것이 어떻게  기
능하는지를 이해하려는 연구중에 , 콜러와 밀스타인은 단일 클론 항체 제조법이라는 놀라운 
발견을 해냈다. 
  
    단일 클론 항체 기술
  항체 생산에 대한 클론선택이론은 단일한 B세포에 의하여  만들어진 모든 항체 분자들이 
동일하며 그것들이 단일한항원을 인식하고 달라붙는다는 것을  뜻한다. 그러한 항체는 단일
클론 항체라고 불린다. 반면에 다중 클론 항체는 다른  하원결정소를 인식하는 항체 분자들
의 혼합체이ㅏ. 항원이 동물에 주얩되면 그 항원에 대한  많은 상이한 항체들이자꾸 생성되
어 몇몇은 그 항원 분자의 그러므로 그러한 동물에서 채취한 혈청은 같은 항원에 대한 항체
들의 혼합체를 포함할 것이다 그것은 다중 클론 항혈청일 것이다. 
  다중 클론 항체는 여러 방면에서 유용하지만 다른 항체 분자의 혼합체중 클론항체를 가지
고 다른것에서 분리된 단일 유형의  항체분자의 분자적 특성을 연구하는  것은 불가능하다. 
이상적으로 우리는 많은 다른 면역세포에  의하여 만들어진 항체들의 복합체보다는  단일한 
면역세포에 의하여 만들어진 하나의 항체를  고찰하고 싶어할 것이다. 1975년  이전에 단일 
클론 항체의 유일한 주요 출처는 골수종세포였다. 골수종 세포는 면역체계의  B세포의 암셀
포다. 암이 생길 때 그것은 거의 항상 성장제어 메커니즘이 고장난 단일한 보통세포에서 유
래한다는 것은 잘 알려져 있다. 그러므로 B세포의 암은 단일한 항체 생산 세포에서  유래한 
세포로 이루어져 있다. 각각의 항체 세포는 동일하고 같은  항원특이성을 가진 항체 분자를 
만들기 때문에 골수종 세포에 의하여 만들어진 항체는 단일  클론 항체이다. 골수종 세포는 
빨리 성장하는 암이어서 동물의 다른 항체 생산 세포로부터 분리되어 시험관에서 배양될 수 
있다. 그러므로 골수종 세포는 항체분자의  기본 구조와 특성을 연구하려는  목적의 연구에 
유용했다 그러나 모든 암처럼 골수종 세포는 정상  B세포개체군 내에서 불규칙하게 발생하
므로 체내의 수백만 개의 항원 생산 세포 중 하나가 골수종 세포가 될 수 있었다. 그러므로 
골수종 세포에 의해서 만들어진 단일 클론 항체는 이미 알려진 항원 특이성이 결여된 경향
이 있다. 그것들이 인식하는 특정한 항원을 확인할 가능성은  희박하여 그것의 특이성을 확
실히확인하기 위해 수십만개의 다른 항원을 조사할 필요가 있을 것이다. 이것을 비실제적이
다. 
  알려진 항원에 대한 단일 콜론 항체를 다량으로 마음대로  생산하는 방법이 필요했다. 이
것은 어떻게 항체가 특정한 항원에 결합하는지에 대한 자세한 연구가 수행될 수 있게 해주
며, 다중 클론 항체 조합제에서 발생하는 항체의 혼합물에  의해 야기되는 복잡성을 제거해 
줄 것이다. 불행하게도 B세포는  체외에서 배양하기가 매우 어렵다.  몸에서 분리되어 쉽게 
배양될 수 있는 골수종 세로와대조적으로B세포는 체네 환경에서 특별한 영양액으로 옮겨지
면 보통 죽는다. 그러나 콜러와 밀스타인은 이 문제를 해결하여 시험관에서 B세포를 키워서 
정해진 항원에 대한 단일 클론항체를 만들어내는 것을 가능하게 해주는 방법을 생각했냈다. 
  콜런 1984년에 독일읠 프라이부르크 대학에서 박사학위를 딴 후 즉시 케임브리지에  있는 
밀스타인의 연구 구릅에 합류하여 연구 프로젝트를 수행했다. 팀은 B세포가  항체 다양성을 
만들어내는 메커니즘에 대하여 여러 해동안 연구해 오고 있었다.  콜러가 합류할 시기에 그
들이 사용하고 있었던 한 접근법은 두 개의 다른 골수종 세포를 융합시켜 잡종 세포를 만들
어내느 것이었다. 융합이 안된 골수종 모세포처럼 잡종세포는 적절한 영야이 존재하는 시험
관에서 자랄 수 있었다. 골수종 세포의 쌍이 융합될 때, 이 잡종은 두 개의 모세포의 특정항
체를 발현하는 것이 발견되었다. 이 골수종 잡종 세포의  연구로부터 밀스타인과 그의 동료
들은 B세포안의 항체 다양화의 메커니즘에 대해 더 많이 알게 되었다. 
  콜러는 골수종 세포에 의해 만들어진 항체와 두 가지 다른 골수종 세포가 알려진 특정 항
원에 대한 항체를 만들어내는 골수종 세포를 얻을  수 있다면 훨씬 더 많은 정보를 알아낼 
수 있게 해주는 것을 깨달았다.  불행하게도 그 당시에 연구되던 거의  모든 골수종 세포가 
만든 항체들에 의해 인식되는 항원들은 아직 확인되지 않았다.  그것들은 정체가 알려진 항
원이 없는 단일 클론 항체들이었다. 항원이 발견된 몇 개의  골수종 세포를 우연히 얻을 수 
있었지만 이것들은 실험실 조건 하에서 잘 자라지 않았으므로 콜러와 밀스타인에게  유용하
지 않음이 입증되었다. 
  이문제에도 불구하고 두 과학자는 그들의 연구를 지속했고, 그들이  고려한 한 방법은 단
ㅇ리 클론 항체들이 인식하는 특별한 항원을 발견할 수 있는지 없는지 결정하기 위해 골수
종 세포에서 유래한 몇 가지  단일 클론항체로 많은 항원을 조사하는  것이다. 이것은 마치 
건초더미에서 바늘을 찾는 격이었다. 의문의 항원을 찾을 만한  기회를 갖기 위해서는 수백
만의 항원을 훑을 필요가 있었기에 이것은 힘든 작업이었다.  콜러와 밀스타인은 골수종 세
포와 특정한 항원에 면역이 된 동물에서  얻은 B세포를 융합시킨다는 단순한 착상을  했다. 
이 잡종 세포를 얻어서 배양액에서 배양하면, 그것들은 골수종  모세포의 단일 클론 항체분 
아니라 모 B세포의 단일 클론 항체를 만들어 낼지도 모른다고 그들은 생각했다. 다시  말하
자면, 항원이 동물에 주입되면 그 동물들은 그 항원에 대한 항체를 만들어낼 것이다. 이  동
물의 B세포가 골수종 세포와의 잡종으로 자랄 수 있다면, 이 잡종 중 몇몇은 주입된 항원에 
대한 항체를 만들어낼 것이고 그것들은 주입된  항원을 인식하는 능력에 의해 쉽게  검출될 
것이다. B세포는 동물 밖에서 자라지 못하지만 흔히 시험관에서 왕성하게 자라는 골수종 세
포와 융합되면 자랄지도 모르는 것이었다. 
  콜러와 밀스타인이 제안한 방법대로 B세포/골수종 세포 잡종으로부터 특정 단일 클론 항
체를 생산할 가능성은 희박하며 관련된 작업은  매우 시간이 많이 소모되는 것이  이론상의 
예측이었다. 그러나 밀스타인과 콜러는 어찌 되었든 밀고 나가기로  했고 그들의 예측은 전
적으로 옳은 것이 아니었다. 그들은 인내는 보상받았다. 선택된 항원이 주입된 생쥐의  자리
에서 얻은 B세포가 골수종 세포와 융합되었을 때 B세포/골수종 잡종 세포는 시험관에서 잘 
자랐을 뿐아니라 잡종 세포중 일부가 주입된 항원에 특수한 항체를 만들어내는 것이 발견되
었다. 이 후의 발전에 의해 하이브리도마라고 불리는 이 B세포/골수종 세포 잡종얘 쉽게 얻
어지게 되었다. 이제 사실상 어떠한 항원에 대한 항체도 만들어내는 하이브리도마가 얻어질 
수 있다. 콜러와 밀스타인은 선택된 항원에 대하여 마음대로 단일 클론 항체를 만드는 매우 
요긴한 방법을 개발했던 것이다. 
  단일 클론 항체 생산을 위한 방법이 대략 다음에 나탄나  있다. 단일 클론 항체가 필요한 
항원을 한 동물에 주입한다. 그 동물은 이 항원에 대하여 항체를 만들어내고 항체가 이동물
의 혈청에서 검출될 수 있다. 그 동물이 이 항원에 대하여 혈청항체를 충분하게 만들어내고 
있을 때, 지라를 제거하여 항체를 생산하는  B세포의 풍부한 원천인 이 지라세포를  시험관 
안에서 배양한 골수종 세포와 융합시킨다. 지라B세포는 영양 매체에서 자랄 수 없으므로 생
존할 수 없고 융합되지 않는 모 골수종 세포를 선택적으로 죽이기 위해 특별한 약제가 사용
된다. 이런 식으로 B세포/골수종 세포 잡종많이  살아남는다. 현재 사용되는 골수종 세포는 
자신의 항체를 만들어내지 않으므로 결과로서 생기는 하이브리도마는 융합된 지라 B세포에 
의해 만들어진 특정 항체만을 생산한다. 하이브리도마를  서로 분리하여 특별한 배양기에서 
번식, 배양시킨다. 이것은 많은  하이브리도마의 클론을 만들어낸다.  각각의 클론은 단일한 
원래 하이브리도마 세포에서 유래한 한 동일한 세포의 개체군으로 이루어져 있다. 하이브리
도마 클론 중 중입된 항원을 인식하는 항체를 만들언내는 능력이 있는 것이 선별된다. 그러
한 항체를 만드는 클론들은 하원을 주입받는 동물 내의 단일한 B세포에서 유래한다. 하이브
리도마에서 지라 세포는 특정한 항체를 생산하는 성질에 기여하고 골수종 세포는  동물체에
서 분리되어 배양기에서 무한히 증식하고 성장할 수 있는 중요한 특성을 제공한다. 
  특정 항원에 대한 단일 클론 항체를 만드는 하이브리도마는 시험관속의 특별한  영양액에
서 필요하다면 영원히 배양될 수  있다. 그것들을 얼려서 여러 해  동안 저장했다가 녹여서 
다시 활성화시켜 계속 항체를 만들어  낼수 있다. 이것은 단일 클론  항체가 무한한 양으로 
생산될수 있으며 표준화된 방법으로 그것의 연속 사용이 가능함을  의미한다. 다중 클론 항
형청은 다른 많은 항체를 포함할 뿐만아니라 보통 동물의피에서 얻어지므로 무한 공급이 간
으하지 않고 동물이 죽으면 다중 클론 항체의 공급은 끝나게 된다. 또 다른 동물에 같은 항
원을 주입하여 정확히 똑같은 다중 클론 항혈청을 만들어내기는  매우 힘들다. 그리고 이것
은 다중 클론 항체가 단일 클론 항체만큼 쉽게 표준화될 수 없음을 의미한다. 
  콜러와 밀스타인이 그것을 발견할 후에 단일 클론 항체  기술은 여러 방면으로 진보했다. 
예를 들면, 두가지 단일 클론  항체를 서로 결합하여 하나가 아닌  두가지 항원을 인식하는 
항체를 만들어낼 수 있다. 그 기술을 이용하기위해 취해지는 또 하나의 접근법은 단일 클론 
항체를 독에 연결하는 것이다. 피마자 씨에서 얻어지는 단백질인 리신 같은 어던 독은 살아
있는 세포를 죽이는 성질이 매우 강력하다. 리신만큼 강력한 독을 갖는 것이 어떤 환경에서
는 매우 바람직하다. 예를 들면, 암세포를 죽이기 위해서는 매우 강력한 독소가 이상적일 것
이다. 리신은 암세포뿐 아니라 보통 세포도 죽여서 하위단위로 이루어져 있다. 그것 중의 하
나는 살아있는 세포에 결합하고 다른 부분은  세포에 들어가 그것들을 죽인다. A 하위단위
가 없으면 B하위단위는 세포에 달라붙어도 아무  해도 일으키지 않는다. B하위단위가 없으
면 A 하위단위는 세포에 달라붙지 못하므로 그  안에 들어갈 수 없다. 그러므로 리신의 실
제적으로 죽이는 성질은 A하위단위에 있다. 그러나 자신에는 전혀 해가 없다. 그럼에도불구
하고 A하위단위가 살아있는 세포에 달라붙는 항체와 결합할 때, A하위단위는 그 세포로 들
어가,거의 A 하위단위가 B하위단위와 결합된 상태에서 세포를  죽인는 만큼 강력하게 세포
를 죽인다. 다시 말하자면, 리신의 B하위단위가  항체로 대치될 때 새로운 항체  A하위단위 
복합체는 강력한 독이다. 그러나 거의 모든  종류의 세포에 달라 붙는 리신  B하위단위와는 
달리 항체는 특수한 종류의 세포에만 달라붙도록 만들어질 수있다. 이것은 항체가 A하위단
위를 특수한 유형의 세포로 인동하여 선택적으로 죽일수 있다는  것을 의미한다. 이제 암세
로 위에 있는 항원에 부착하는 단일 클론항체가  얻어질 수 있고 이 항원이 정상 세포에는 
없다면, 항체 A하위단위 복합체는 암세포를 죽이고 정상세포는 죽이지 않을 것이다. 원하지 
않는 세포는 건드리지 않고 남기고 특정한 살아있는 세포를 죽이는 놀라운 가능성이 집중적
인 연구의 분야가 되고 있으며, 그 혜택 중의  하나가 '마술탄환'즉 항체를 특수한 암세포의 
표면에서 항원을 찾아내고 독은 그 세포를 죽이는 항체 - 독 결합체가 마술탄환이다. 
  질병이나 임신 같은 다른 상태들의 진단이 또한 단일 클론 항체의 유망한 응용 분야이　 
각개 항원에 대한 단일클론항체의 고도의 특이성, 장기적 사용가능성, 생산과 표준화의 용이
성 등이 그것을 진단에 사용하기 적절하게 해준다. 질병이나 생리적 상태가, 특이한  항원의 
수준의 변화와 연결되어 있다면 그 항원에 달라붙는 단일클론항체는 잠재적으로 이  변화된 
수준을 감지하여 병의 진단을 돕는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 임신은 소변 속에  난막성
선자극 호르몬의 수준을 상승시킨다. 그 호르몬에 닿으면 그것에  달라붙는 항체가 있는 플
라스틱 막대를 그 소변에 담그면, 호르몬이 그것에 달라붙는다.  막대 위의 항체에 의해 '포
획된'호르몬 항원의 양은 그  과정을 발색  반응에  연결시킴으로써 결정될 수  있다. 예를  
들면, 판매되는 제품에서는 막대가 파랗게 변해 소변 속의  난막성선자극 호르몬 수준이 높
고 임신이 이루어졌음을 나타내게 되어 있다. 단일클론항체는 새 분야들을 개척했고 그러한 
진단 검사의 재생가능성과 정확성을 증진시켰다. 
  단일클론항체는 생화학 연구, 의학적 진단, 질병 치료에서 점차로 많이 이용될 것이며  더 
많은 응용이 나타날 것은 의심의 여지가 없다.