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디옥시리보핵산(DNA)의 복제과정을 시험관 내에서 재구성하는 방법과 세균 내에서 이 핵산분자가 복제되는 방식을 발견하여 S. 오초아와 함께 1959년 노벨 생리학·의학상을 수상했다. 콘버그는 메릴랜드 주 베데스다에 있는 미국 국립보건원에서 효소와 중간대사에 관한 연구를 지휘했다(1942~53). 또한 그는 생물학적 산화·환원에서 중요한 수소운반 매개자로 작용하는 조효소인 플라빈아데닌다이뉴클레오타이드(FAD)와 디포스포피리딘뉴클레오타이드(DPN)를 생성하는 세포 내 화학반응의 발견에도 도움을 주었다.

미주리 주 세인트루이스의 워싱턴대학교 미생물학교수 및 과장(1953~59)으로 임명된 콘버그는 그곳에서 유기체가 뉴클레오타이드(질소를 포함한 염기와 이에 연결된 리보오스 또는 디옥시리보오스와 같은 5탄당고리 및 인산기로 구성됨)를 만들어내는 방식에 대한 연구를 계속했는데, 뉴클레오타이드는 핵산인 DNA와 RNA(리보핵산 : DNA에 있는 전달정보가 명령하는 명세서에 따라 세포단백질을 구성하는 데 필수적인 요소)를 구성하는 단위가 된다.

이 연구는 뉴클레오타이드가 어떻게 배열되고 연결되어(중합) DNA분자를 형성하는지의 문제로 직접 이어졌다.

그는 장(腸)에 흔한 세균인 대장균의 배양액에서 추출한 추출물에 방사성동위원소로 '표지'한 뉴클레오타이드를 첨가하여, 효소가 촉매역할을 하는 중합반응의 증거를 발견했다(1956). 그는 시험관 내에서 DNA를 똑같이 복제하는 효소(지금은 DNA 중합효소라고 함)를 분리·정제했다. 콘버그는 1959년부터 캘리포니아 팰러앨토의 스탠퍼드대학교의 생화학과 교수를 지냈고, 1959~69년 과장으로 재직했다. 저서로는 〈DNA의 효소합성 Enzymatic Synthesis of DNA〉(1961)이 있다.