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1975년 제자인 하워드 M. 테민, 데이비드 볼티모어와 함께 노벨 생리학·의학상을 수상했다.

라그리트 포크트와 함께 1950년대 최초로 동물 바이러스를 배양액에서 배양시켰다. 몇몇 바이러스가 그들이 감염시킨 세포들에 어떻게 작용하는가를 연구한 결과, 쥐의 종양을 일으키는 폴리오마 바이러스의 DNA가 숙주세포의 DNA로 삽입되는 것을 알아냈다. 그때 세포는 암세포로 형질전환(形質轉換 : 둘베코에 의해 처음 사용된 용어)을 하고, 세포 자체의 DNA와 더불어 바이러스의 DNA를 복제해내며 더 많은 암세포를 만든다. 그는 사람의 암도 외부의 DNA 조각이 이와 비슷하게 복제되어 일어날 수 있다고 제시했다.

둘베코는 1936년 이탈리아의 토리노대학교에서 의사자격을 획득하고 몇 년 동안 그 대학의 교수로 재직했다. 1947년에 미국으로 가서 처음에는 샐버도 루리아와 함께 인디애나대학교에서, 그후에는 캘리포니아공과대학에서 바이러스를 연구했다(1949~63). 1963~72년 캘리포니아 러호이아에 있는 솔크 생물학연구소(Salk Institute for Biological Studies) 연구원이었고, 런던에 있는 왕립암연구재단의 책임자로 5년을 보낸 뒤, 1977년 유명한 연구교수가 되어 러호이아로 돌아왔다. 솔크 연구소에서의 2번째 재직중에는 샌디에이고에 있는 캘리포니아의과대학교 교수도 역임했다(1977~81).