짚으로 된 저택 vs 작은 벽돌집 논문

요즘 논문, 특히 ‘중추신경’ 계와 비슷한 약자를 지닌 논문들을 보면 단백질 구조에서부터 세포실험, 동물실험까지 온갖 잡다한 데이터가 들어가며 참으로 대단한 주장들을 한다. 그래야 그런 저널에서 실어주니까 당연한 것이다. 논문을 보면 주 데이터 이외에도 수십장의 보조데이터가 난무하여 과연 이 논문을 완성하기 위해서는 얼마나 많은 사람들의 시간과 노력이 들었는지가 궁금해지지 않을 수 없다.

반면, 그렇게 한 논문에 나오는 데이터와 그 주장은 점점 거창해지는데 어째 논문의 재현이 잘 되지 않는다 어쩌고 하는 이야기는 자주 들린다. 왜 그런가?

여기에 대해서 몇넌 전에 래스커상을 탄 H모대학의 William G Kaelin Jr. 라는 양반이 한 소리를 하시는 컬럼을 N모잡지에 실었다. 이런 추세를 이끌어가는 대표 중의 대표인 N모잡지가 웬 셀프디스냐고 하겠지만..암튼 한번 읽어보시라. 언제나 그렇듯이 본인은 전문번역가가 아니므로 오류가 있을 수 있으며 대충 생략하고 번역한 것이 있을 수 있으므로 마음에 안 들면 원문 보삼

지푸라기로 저택 대신 벽돌로 지은 집과 같은 논문을 내자.

Publish Houses of Brick, not mansions of straw 

William G Kaelin Jr.

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나는 최근 의생명과학 연구가 점점 어설퍼지는 것에 대해서 염려하고 있다. 논문으로 나오는 결과 중 너무나 많은 결과가 아주 한정된 조건에서밖에 사실이 아니며, 어떤 경우에는 전혀 재현이 안되기도 한다. 이런 문제의 이유는 아주 다양하나, 내가 생각하기에 가장 큰 요인이라고 생각하는 것은 여태까지 잘 언급이 되지 않고 있다. 천천히 따뜻해지는 냄비 속에서 그대로 뛰쳐나가지 못하고 삶아지는 개구리처럼, 오늘날의 의생명과학 연구자들은 지난 수십년간 별 논문 하나에서 데이터와 주장하는 논점이 점점 늘어나는 시스템에 갇혀 있다. 더우기 논문의 목표가 특정한 주장을 입증하는 것에서부터, 가능한 넓은 (임팩트가 큰!) 주장을 하는 것으로 변하고 있다. 따라서 오늘날의 논문은 벽돌로 지은 단단한 집보다는 짚으로 지은 웅장한 맨선처럼 변하고 있는 셈이다.

나에게 2016년 래스커상을 받게 해준 논문들은  (Gregg Semenza 와 Peter Ratcliffe와 같이 쓴)은 약 20년 전에 출판되었다.  아마 이 논문들은 별로 신빙성 없고, 너무나 예비수준의 데이터라고 까여서 요즘에는 거의 논문으로 나가기도 힘들 것이다. 첫번째 논문, 즉 암억제 단백질이 산소 시그널링에 필요하다고 주장한 논문은 아마 요즘에는 정확한 메커니즘을 제시못했고, 동물실험이 없다고 비판받을 것이다.  (O. Iliopoulos et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 93,10595–10599; 1996). 단백질의 주 표적이 산소의존적 변형을 일으킨다는 다른 논문은 우리가 이 작용을 행하는 효소를 발견하지 못했기 때문에 거의 리젝트될뻔 했다  (M. Ivan et al. Science 292, 464–468; 2001). 다행스럽게도 경험 많은 에디터가 개입해서, 이 논문이 출판되면 다른 연구그룹에 의해서 해당하는 효소의 탐색의 길을 열게 될 것이라고 주장해서 겨우 논문이 나가게 됬고, 아마 이런 행운은 요즘은 별로 없을 것이다.

왜 요즘 논문들에는  ‘과다한 주장’ 이 들어가게 될까? 한가지 요인은 연구비를 주는 기관이 해당 연구의 영향력과 이것이 어떻게 의학적인 응용에 쓰일 수 있을지에 중점을 두기 때문이다. 또 하나의 요인이라면 기술적인 진보 때문에 온라인 서플먼트로 들어갈 수 있는 데이터를 쉽게 만들 수 있기때문이다. 이 두가지 요인 때문에 리뷰어와 에디터는 논문 리뷰과정에서 논문의 주요 결론과 관련있는 파생 실험이나 논문의 임팩트를 증가시킬 수 있는 추가실험을 흔히 요청하게 된다. 그리고 논문을 일단 리젝트하고 추가실험을 해 오라고 리뷰하는 것보다는 논문을 개제승인하는데 좀 더 용기가 필요하기 때문이다. 특히 어떤 결과를 가져오면 논문을 개제승인해 주겠다고 하는 관행이 이런 상황을 만들었다. 내가 두려워하는 것은 요즘처럼 연구비 사정이 빡빡할때일수록 리뷰어들이 리뷰과정에서 더 많은 추가실험을 요구한다는 것이다.  추가실험을 요구해서 라이벌의 발목을 붙잡고 우리가 빨리 논문을 내는 것은 리뷰어의 기본소양 음핫핫

옛날에는 Figure 1에 흥미있는 관찰 결과를 싣고, 다음에는  이것이 얼마나 확실한지를 입증하는 여러가지 실험데이터를 제시하는 식으로 논문이 쓰여졌다. 내가 포닥할때 쓴 논문은  전체 페이퍼는 두개의 단백질이 서로 결합해 있고, 실제 세포에서 이 결합이 이루어진다는 것을 보여주는 결과로 구성하면 되었다. 그러나 요즘에는 아마 이렇게 어떤 단백질이 결합한다는 주장은 Figure 1 에 포함되어 있는 한두개의 패널 정도가 되버릴 것이다 (잘못하면 Supplemental Figure 1 이 되버릴 수도 있다). 아마 논문의 나머지 부분은 다양한 분야의 테크닉을 이용해서 이 주장을 강화시키고, 이 결과가 임상적으로 의미가 있다는 결과로 절정을 이루게 될 것이다.

그러나 유감스럽게도 요즘 논문의 그 넓은 폭은 깊이를 손상시키곤 한다. 모든 개별적인 연구 방법에는 각각 함정과 한계가 있기 때문에, 여러가지의 입증된 증거자료를 실험 데이터부터 추론을 하는 것이 필수적이다. 그러나 요즘 분위기는 하나의 주요한 주장을 여러가지 방식으로 증명하는 논문이 아니라 각각 하나의 증거밖에 없는 여러가지 주장을 하는 논문, 아니 소설이 되가는 듯하다. 즉 요즘 나오는 논문의 제일 마지막장에 나오는 결론 부분은 너무나 먼 곳에 있는 것처럼 느껴진다.

그리고 한 논문에서 하는 너무 폭이 넓은 주장은 피어리뷰 시스템의 한계를 노출시킨다. 비록 나는 논문 리뷰에 매우 숙련된 고참급 리뷰어지만, 요즘 논문에서 데이터양이 증가함에 따라서 이것을 완전히 이해하는데 어려움을 겪고, 종종 내가 전문가가 아니라서 해석하기 힘든 논문 데이터를 만나게 된다. 만약 이런 추세가 계속된다면 논문 한번 리뷰하려고 ‘미니 안식년’ 을 내야할지도 모른다. 물론 운이 좋다면 논문 에디터가 그런 폭넓은 주장을 담은 논문을 리뷰할 서로 보완되는 전공을 가진 리뷰어를 섭외할수도 있을 것이다. 그러나 결국 이것은 하나의 연구를 속속들이 조사하기 위해서 여러명의 전문가가 수고와 노력을 기울이는 낭비를 야기하는 셈이다. 그리고 내가 우려하는 경향은 리뷰어가 보통 그닥 자세히 들여다보지 않은 Supplementary Data에 좀 약한 데이터를 숨겨넣는 경우도 있다는 것이다. 뜨끔

이렇게 논문의 데이터 양이 증가함으로써 야기되는  의도치 않은 결과는 결국 이런 ‘걸작 논문’ 을 내야지만 졸업하고 자리를 잡을 수 있다는 것 때문에 논문 출판을 통해서 새로운 지식이 전파될때까지 걸리는 시간이 늘어나고, 박사과정이나 포닥 트레이닝 과정이 길어진다는 것이다. 완전히 답하지 못한 의문이나 확실히 설명되지 못한 결과는 대개 논문에서 약점으로 지적되고, 이것은 논문 출판을 지연시킨다. 이렇게 됨으로써 결국 연구윤리에 악영향을 끼치는 경향이 있는데, 즉 논문에서 데이터를 취사선택해서, 불완전하거나 일관성이 없거나 설명되지 않는 결과를 빼버리는 나쁜 행동을 부추길 수 있기 때문이다. 우리는 논문이 자체의 한계를 인정하고 확실히 설명할 수 없는 결과를 보여줄 때 과학을 강화시킨다는 것을 알아야 한다.

무지야말로 임상적인 응용을 가로막는 진정한 병목지점이다. 우리는 기초과학자, 특히 학생이나 포닥에게 그들의 결과의 가치가 임상적인 응용가능성에 있다고 이야기하는 것을 멈춰야 한다. 우리는 연구논문의 독창성, 실험디자인, 데이터의 질에 대해서 좀 더 자세히 검사해야 하고,  그 영향을 예측하는데 좀 더 겸손해야 한다. 결국 이런 것은 시간이 지나봐야 아는 일이다. (즉 제한효소나 효모의 세포주기 돌면이체나 CRISPR-Cas9 같이 획기적인 발견은 처음에는 다 자연에 존재하는 그저 이상한 것들로만 여겨졌다) 우리는 연구의 질에 좀 더 중점을 두고 이것이 어떤 후속발견을 가능케 하느냐에 신경을 써야 되고, 대신 논문을 어떤 저널에 내야 하는지에는 좀 덜 신경써야 하겠다.

논문을 리뷰할 때 던져야 할 가장 중요한 질문은 논문의 결론이 진짜로 사실일 것 같은가이지, 만약 논문의 결론이 사실이라면 얼마나 그게 중요할까가 아니다. 실제의 과학발전은 벽돌로 지어지며, 지푸라기로 지어지지 않는다.

파이펫 입으로 빨던 시절을 넘어서

생물학 연구의 필수품?

사실 생물학 연구라고 해도 연구하는 대상이나 주제에 따라서 각양각색이기 때문에 사용하는 기자재나 테크닉은 크게 상이한 경우가 많다. 그러나 어떤 생물학 연구실이라도 거의 빠지지 않고 발견되는 물건들이 몇 가지가 있는데 그것은..

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마이크로파이펫 (Micropipette)

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마이크로파이펫 팁 (Tip)

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미니 원심분리 튜브 (mini centrifuge tube – 속칭 E-Tube)

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미니 원심분리기 (mini centrifuge)

인간, 박테리아, 식물, 선충, 초파리, 바이러스, 맘모스가 되었건 무엇을 연구하든 실제로 물 묻히며 실험하는 생물학 연구실에 아래의 기구가 보이지 않는 곳은 그리 많지 않다. 따라서 생물학 연구실에서 사진을 찍는다 하면 으례 다음과 같은 사진이 나오기 마련이다 (…..)

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다른 직종처럼 30년 경력자 같진 않다

“Dye로 맨든 것이…이건 괜장히 귀하네요”

출처

그렇다면 어디에나 다 있는 마이크로파이펫과 E-tube가 생물학 연구에 등장하게 된 시점은 언제인가? 오늘은 여기에 대해서 알아보도록 한다.

그전에는 입으로 빨았다. 레알.

흔히 마이크로파이펫과 E-tube가 현대생명과학이 태동할때부터 있었다고 생각할지 모르겠지만, 생각외로 마이크로파이펫과 E-tube 는 최근의 발명품이다. 마이크로파이펫은 1950년대 말에 발명되었다.

그러면 그전에는? 그냥 입으로 빨았다. -.-;;;

아니면 파스퇴르 파이펫을 사용하거나.

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구라같다고? 여기에 보면 1960년대 이전의 연구자들이 얼마나 마우스 파이펫에 의존해서 실험을 했는지를 생생히 보여준다.

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1943년의 사진으로써 혈장 (Plasma)  샘플을 다루고 있다고 한다 출처

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CDC와 같은 질병관련 샘플을 다루고 있는 곳에서도 짤없이 마우스 파이펫으로 샘플을 다루었다. 출처

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물론 아직도 마우스 파이펫을 이용하여 샘플을 핸들링하는 곳이 없는 것은 아니지만, 거의 대부분의 연구실에서 입으로 파이펫을 빠는 것은 금단의 기술처럼 여겨졌지만 불과 50여년 전만 하더라도 거의 모든 샘플, 즉 아무리 병원성이 심각하건, 유독물질이건, 동위원소이건 (…) 간에 대개의 샘플은 저렇게 입으로 빠는 마우스 파이펫을 이용하여 다루는 것이 보통이었던 것이다.

그렇다면 우리가 지금 현재 사용하는 마이크로파이펫의 원조는 어디인가? 이것은 1950년대 말의 독일로 거슬러 올라간다.

독일의 과학력은 세계제이이이일!

2차 대전 이전까지만 해도 세계 과학을 선도하던 독일이었으나 나치스의 도래로 많은 과학자들이 독일을 탈출하고, 2차대전의 패전으로 큰 타격을 입긴 했지만 전후 독일에서도 많은 과학적/기술적인 발전이 일어났으니, 그 중의 하나가 마이크로파이펫이 탄생한 곳도 바로 독일이다.

그렇다면 마이크로파이펫을 처음으로 만든 사람은 누구인가? 그는 이렇게 생긴 사람이다.

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Heinrich Schnitger (1925-1964)

이 하인리히 (성은 정확히 어떻게 읽는지 모르겠다 -.-) 라는 이름의 과학자는 박사학위를 따고 마버그 대학 (University of Marburg) 에서 포닥으로 일했다고 한다. 공교롭게도 이 사람의 아버지는 발명가였다고 하고 소년시절부터 발명을 즐겼다고 한다. 그는 학위시절부터 연구를 위한 새로운 기구를 만들기를 즐겼다고 한다. 덕후네

포닥시절 그는 매우 많은 샘플을 가지고 크로마토그래피를 하고 이것을 분석할 일이 생겼는데, 발명가의 아들답게 이 샘플을 처리하는 다른 방법이 없을까 하고 고민했다. 그러다가 주사기 안에 스프링을 넣고 샘플을 채취하는 그런 기구를 만들기 시작했다.

곧이어 그가 만든 ‘프로토타입’ 이 여러가지 액체를 지정된 양만큼 채취하는데 유용할 것 같다고 생각한 그의 보스는 대학의 공작실에 의뢰해서 그의 프로토타입을 좀 더 견고하게 만들도록 의뢰했는데..

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그렇게 만들어진 것이 이런 것이었다. 단, 이때의 모델은 파이펫에서 볼륨을 조절할 수는 없고, 고정된 볼륨만을 취할 수 있는 것이었다.

그래서 그는 1957년 ““Vorrichtung zum schnellen und exakten Pipettieren kleiner Flüssigkeitsmengen” (Device for the fast and exact pipetting of small liquid volumes) 라는 제목으로 독일 특허를 출원하였고 1960년 특허가 등록되었다.

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그리고 이 기술은 에펜도르프 (Eppendorf)사에 독점라이센스되어 에펜도르프사는 1961년 그의 제품을 상업화하게 되었다.

그렇다면 발명자인 하인리히는 큰 부자가 되었을까? 안타깝게도 그는 그의 발명품이 세계적으로 널리 쓰이기 전인 1964년 독일 바바리아의 호수에서 수영하다가 39세의 젊은 나이로 익사하였다.ㅠㅠ

Gilson Pipette

비록 마이크로파이펫이 독일에서 처음 만들어졌고, 상용화는 에펜도르프사에서 처음 이루어졌지만, 이 제품이 독일 외의 다른 국가, 특히 미국에서 쓰이기까지는 조금 시간이 걸렸다. 이 파이펫의 단점이라면 고정된 부피밖에 사용할 수 없었기 때문이다.

그렇다면 현재와 같이 볼륨을 조절할 수 있는 파이펫은 어디서 처음 만들었나? 이것은 요즘 파이펫의 ‘Industry Standard’ 라고 여겨지는 길슨 (Gilson) 사에서 처음 만들었다.

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길슨 사는 위스콘신대학의 의대 교수였던 워렌 길슨 (Warren Gilson) 이라는 사람에 의해서 처음 창업되었다. 이 회사는 처음에는 여러가지 실험용 기자재를 생산하던 회사였다. 볼륨 조절이 가능한 파이펫은 1972년에 처음 길슨사에 의해서 특허가 출원되었고 1974년 등록되었다.

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여기 나와있는 파이펫은 거의 현재 사용되는 것과 큰 차이가 없다.

즉 우리가 지금 일상적으로 사용하는 ‘볼륨 조정 가능한’ 마이크로파이펫은 1974년 이후의 발명품이며, 그 이전까지의 대부분의 분자생물학/생화학 연구는 ‘입으로 빠는’ 파이펫으로 이루어졌다는 것이다. 실감이 나는가?

왜 최초의 파이펫을 상업화한 에펜돌프사에서는 볼륨을 조정가능한 파이펫을 출시하지 못했는지에 대해서는 알 길이 없다. 어쨋든 파이펫을 처음 상용화한 회사는 에펜돌프이지만 볼륨을 조절가능한 파이펫을 만들어서 오늘날 마이크로피펫터의 원조로 알려지는 회사는 길슨사가 되어 버렸다는 것이 현실인 것이다.

E-tube와 Mini Centrifuge

에펜돌프가 무슨 이유에서인지 볼륨을 조절 가능한 파이펫을 만들지 않은 것은 그네들의 실수이지만, 대신 이들은 생명과학 실험의 역사에 길이 남을 것을 만들었다.

그것은 1.7ml 미니 원심분리 튜브, 흔히 말하는 Eppendorp Tube, ‘이-튜브’

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그전까지 생화학/생명과학 실험에 사용하던 작은 용량을 담는 그릇은 볼것도 없이 유리 시험관이었다. 그러나 신속하게 샘플을 분주하는 것이 에펜돌프의 최초의 파이펫으로 가능하게 된 이후에, 여기에 어울리는 작은 용량의 튜브와 이것을 원심분리할 수 있는 탁상용 원심분리기가 개발되었다. 최초의 에펜돌프 튜브가 등장한 것은 1963년이다.

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그렇게 하여 에펜돌프는 ‘Microlitter System’ 이라는 이름으로 1ml 이하의 시료를 다룰 수 있는 튜브, 원심분리기, 파이펫을 세트로 팔기 시작하며 이것이 1964년의 일이다.

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지금 생각하면 참 당연한 일이지만, 이러한 시스템은 기존에 유리시험관에 들어 있는 시료를 마우스 파이펫으로 입으로 빨아서 실험을 하던 연구자들에게 엄청난 편의를 가져오게 된다. 특히 분자생물학의 도래와 더불어 1ml 이하의 소량의 시료를 가지고 실험을 하게 된 것의 원동력은 이러한 1ml 이하의 시료를 효율적으로 다룰 수 있는 실험기구들의 등장에 있다고 할 수 있을 것이다.

동위원소 입으로 빨던 선배님들을 추모하며 (…)

이렇듯 우리가 지금 현재 실험실에서 필수품처럼 여겨지던 마이크로파이펫터, E-Tube, 탁상용 원심분리기와 같은 것들은 모두 1970년대 이후에 보편화된 것이며, 그 이전까지 이루어진 모든 분자생물학적 / 생화학적 발견들, 가령 DNA 가 유전물질이라는 발견이라든지, DNA Polymerase의 발견이라든지, 온갖 잡스러운 대사관련 효소의 발견이라든지, 심지어 유전암호의 발견과 같은 것까지 대개의 분자생물학책의 발견은 ‘동위원소를 마우스 파이펫으로 빨아가며 실험하던’ (…) 선배 연구자들의 노고에 의한 것이라는 것을 잊어서는 안될 것이다.

….그러니 좀 하루 파이펫질 빡세게 했다고 ‘생물학은 왜 이리 노가다인 것인가!’ 하고 좌절하지 말라고 

참고자료 

50 Years of Eppi

Klingenberg, When a common problem meets an ingenious mind, EMBO Reports 2005

Origins of the Pipette : Why Today’s Scientists Don’t Need to Use Their Mouth