우리의 면역계—창조의 기적

우리는 그들을 볼 수 없지만 그들은 살아 있다. 그들은 우리 주위 어디서나 무수하게 우글거리며 우리에게 달라붙고 우리 몸 속에 침투하려고 한다. 그들은 우리 몸 속의 습기차고 영양소가 많고 따뜻한 곳을 찾으려고 애쓰며 일단 찾으면 그 수가 두려울 정도로 늘어난다. 억제하지 않으면 곧 우리를 완전히 제압할 것이다. 우리가 이 파괴적인 세력을 물리치기 위해 할 수 있는 일은 오로지 전쟁 곧 우리 몸 속에서 전쟁을 하는 것이다. 이 전쟁은 질병을 옮기는 이들 외부 침입자들과 우리 몸 면역계의 2조(兆)에 달하는 방어군과의 즉각적인 전면전이다.a 사정을 봐달라는 요청도 수락도 전혀 없다. 생사가 달려 있다. 그들이 이기느냐 우리가 이기느냐다. 일반적으로 우리 몸이 이긴다. 그러나 언제나 이기는 것은 아니다. 승패는 우리 면역계가 얼마나 신속하고 온전하게 싸움에 응하느냐에 달려 있다.

면역계는 대단히 놀랍고 훌륭하게 만들어진 우리 몸의 가장 믿어지지 않을 정도로 복잡한 부분에 속한다. 그것은 모든 것 중에서 가장 복잡한 기관인 인간 뇌와 비견할 만하다. 국립 위생 연구소(미국)의 면역학자 윌리엄 폴은 이렇게 말한다. “면역계에는 정보를 다루고, 배우고 기억하고, 정보를 만들어내고 저장하고 사용할 수 있는 비범한 능력이 있다.” 과찬일지 몰라도 극찬은 아니다. 제넌텍 사(社)의 임상 연구실장 스티븐 셔윈 박사는 이러한 찬사를 덧붙인다. “그것은 놀라운 체계다. 그것은 이전에 몸에 존재한 적이 없는 분자를 알아본다. 그것은 인체에 속한 것과 속하지 않은 것을 분간할 수 있다.” 그리고 몸에 속하지 않은 것이 있으면 전쟁을 벌인다!

어떻게 우리의 면역계는 몸에 속한 것과 속하지 않은 것을 아는가? MHC(대조직적합성 복합체)라는 특수 단백질 분자는 우리 몸의 거의 모든 세포 표면에 부착되어 있다. 그것은 이 세포가 우리 몸에 속한, 우리 고유의 벗임을 면역계에 알리는 꼬리표다. 이것으로 인해 면역계는 우리 자신의 세포를 알아보고 수용하는 한편 표면에 다른 분자가 부착된 세포—우리 몸에 속하지 않은 세포에는 모두 실제로 우리의 것과 다른 표면 분자가 부착되어 있음—는 무엇이나 공격한다.

그러므로 바로 이들 표면 분자를 통해 우리의 면역계는 각 세포가 “아군”인지 “적군”인지 즉 자기(自己, self)인지 비자기(非自己, nonself)인지를 알아낸다. 비자기인 경우 우리 면역계는 반응을 나타낸다. 「면역학」(Immunology) 책은 이렇게 말한다. “면역계가 끊임없이 자기와 비자기를 구분해야 한다는 개념은 모든 면역 이론의 기초석이다.” 비자기 범주에는 바이러스, 기생충, 진균, 박테리아와 같은 질병을 야기하는 유기체들이 있다.

피부—수동적인 보호막 역할 이상으로 중요한 것

피부는 그러한 외부 침입자를 막는 일선 수비대다. 피부는 수동적인 보호막에 불과한 것이 아니라 그 이상의 중요한 것으로서 면역계에 미생물의 침입을 경고해 주는 세포를 주둔시키고 있다. 피부에는 우호적인 박테리아가 수십억 단위로 살고 있는데 1평방 센티미터당 거의 300만이 사는 부분도 있다. 일부 박테리아는 해로운 종류의 박테리아와 진균이 성장하지 못하게 막는 지방산을 생성한다. 「사이언티픽 아메리칸」지 1985년 6월 호는 피부를 “외부 침입자에 대응하여 상호 작용의 역할을 하는” 특수 세포들을 지닌 “면역계의 능동적 요소”라고 부른다.

몸의 보호막의 일부로서 피부와 합세하는 것은 체내 표면을 둘러싸고 있는 피막이다. 이들 피막은 병원 미생물을 억류하는 점액을 분비한다. 침, 콧물, 눈물에는 병원 미생물을 죽이는 물질이 들어 있다. 폐로 통하는 기도 내의 머리털 같은 섬모가 점액과 이물질을 목구멍으로 밀어내며 그것들은 목구멍에서 재채기와 기침을 통해 제거될 수 있다. 위(胃)에 이르는 침입자가 있다면 그것은 위산에 의해 처치되거나 소화 효소에 의해 격퇴되거나 위와 장의 벽에 있는 점액에 억류된다. 결국 침입자는 몸의 여느 폐기물과 함께 배출된다.

식세포와 림프구—막강한 군대!

그러나 이런 전쟁은 외부 유기체가 일선 방어벽을 뚫고 들어와 혈류와 체조직 혹은 체액으로 침입했을 때 벌어지는 치열한 공방전에 비하면 전초전에 불과하다. 외부 유기체는 면역계의 막강한 군대—2조에 달하는 병력인 백혈구—영역에 침입한 것이다. 백혈구는 골수에서 생성되어—매초에 약 100만 개—성숙하게 자란 뒤 별개의 세 부류 즉 식세포와 두 종류의 림프구인 T세포(주요 세 종류—보조·억제·살해 세포)와 B세포를 형성한다.

이제 면역계는 수조에 달하는 막강한 군대를 보유하게 되지만 각 병사는 한 부류의 침입자와만 싸울 수 있다. 병에 걸리면 수백만의 병균이 생성될 수 있으며 각 병균은 같은 종류의 항원을 가진다. 그러나 서로 다른 질병은, 심지어 같은 질병의 서로 다른 변종들은 다른 항원을 가진다. T세포와 B세포는 그러한 침입자들을 공격할 수 있기 전에 해당 항원을 결박할 수 있는 수용체를 가져야 한다. 따라서 T세포와 B세포 가운데는 갖가지 수용체 즉 온갖 질병 각각의 항원에 맞는 수용체가 있어야 한다. 그러나 각각의 T세포와 B세포에는 한 가지 질병 항원에만 맞는 수용체가 있다.

「사이언스」지 편집인 대니얼 E. 코실랜드 2세는 그 점에 대해 이렇게 말한다. “면역계는 외부 침입자를 알아보게 설계되어 있다. 그렇게 알아보기 위해 면역계는 10¹¹(1000억)가지 종류의 면역 수용체를 산출하므로 외부 침입자의 모양이나 형태가 어떠하든지 그것을 알아내고 제거되게 하는 상보성 수용체가 있을 것이다.” (「사이언스」, 1990년 6월 15일 호 1273면) 이와 같이 T세포와 B세포 그룹이 있으며, 그들 가운데 우리 몸에 들어온 온갖 질병 항원과 대응할 수 있는 세포—마치 하나의 열쇠가 하나의 자물쇠에 맞듯—가 있다.

예를 들어 보자. 자물쇠공과 열쇠공이 각기 완전히 별도로 작업을 한다. 자물쇠공은 온갖 종류의 자물쇠를 무수히 만들면서 열쇠는 만들지 않는다. 열쇠공은 온갖 모양의 열쇠를 무수히 만들면서 자물쇠는 만들지 않는다. 이제 수십억 개가 넘는 자물쇠와 열쇠를 거대한 통에 쏟아 넣고 철저하게 뒤섞자 모든 열쇠가 꼭 맞는 자물쇠를 만나 끼워진다. 불가능한 일인가? 기적인가? 그렇게 보일 것이다.

열쇠 구멍이 있는 자물쇠와 같은, 항원이 있는 수많은 세균은 몸에 침입하여 혈류와 림프계 속에서 돌아다닌다. 무수한 열쇠와 같은, 수용체가 있는 우리 면역 세포 역시 혈류와 림프계 속에서 순환하면서 대응되는 세균 항원에 끼워진다. 불가능한 일인가? 기적인가? 그렇게 보일 것이다. 그러나 면역계는 그 일을 수행한다.

림프구의 각 부류는 감염과 싸우는 데 독특한 역할을 수행한다. 보조 T세포(세 가지 주요 T세포 중 하나)는 매우 중요한 역할을 한다. 이들은 면역계의 갖가지 반응을 규합하여 작전 지시를 한다. 보조 T세포는 적군 항원이 침투하는 일로 자극을 받아 화학 신호(림포카인이라는 단백질)로 면역계 병력을 모집하여 그 수를 수백만으로 증가시킨다. 덧붙여 말하자면, AIDS 바이러스가 공격을 가하는 유일한 표적이 바로 이 보조 T세포다. 이들이 패하면 면역계는 사실상 무기력한 상태가 되며, 이 때문에 AIDS 환자는 온갖 종류의 질병에 무방비 상태가 되는 것이다.

하지만 이쯤에서 보조 T세포가 청소부인 식세포와 더불어 수행하는 역할을 고려해 보자. 식세포라는 이름은 “먹어 치우는 세포”라는 뜻이다. 이들은 가려 먹지 않고 외부 미생물이건 죽은 세포건 그 외 조직 조각이건 간에 미심쩍게 보이는 것은 무엇이든 먹어 치운다. 이들은 병균을 막는 방어군 역할과 폐물을 닥치는 대로 먹어 치우는 청소부 역할을 모두 수행한다. 이들은 폐를 시꺼멓게 만드는 담배 연기로 인한 오염 물질을 먹기도 한다. 장기간 흡연을 하게 되면 담배 연기는 식세포가 생성될 수 있는 속도보다 더 빨리 식세포를 파괴한다. 그러나 이들 먹어 치우는 세포가 먹는 것 중에는 소화시킬 수 없는 것이자 치명적이기까지 한 물질—이를테면 규진(珪塵)과 석면 여물—이 있다.

식세포에는 두 종류 곧 호중구와 대식 세포가 있다. 골수에서는 하루에 무려 1000억 개의 호중구를 산출한다. 호중구의 수명은 며칠에 불과하지만 감염이 있을 때는 그 수가 급증하여 다섯 배로 증가한다. 각 호중구는 박테리아를 25개까지 포획하여 없앤 후 죽는다. 그러나 대체 호중구가 꾸준히 등장한다. 한편 대식 세포는 죽기 전에 백 명의 침입자를 없앨 수 있다. 대식 세포는 호중구보다 더 크고 억세며 오래 산다. 대식 세포는 침입자와 폐물 모두에 대해 오로지 한 가지 방법으로 반응을 나타내는데 그저 먹어 치우는 것이다. 하지만 대식 세포를 오직 쓰레기 청소 부대로 생각하는 것은 잘못일 것이다. 이들은 “무려 50가지 유형의 효소와 항미생물제를 생산할 수” 있으며 “면역계 세포뿐만 아니라 호르몬 생성 세포, 신경 세포, 심지어 뇌 세포” 사이에서 통신병 역할을 한다.

도와 주세요! 적이 쳐들어 왔습니다!

대식 세포는 적인 미생물을 먹어 치울 때 단지 먹기만 하는 것이 아니라 그 이상의 일을 한다. 사실상 몸의 모든 세포가 그러하듯 대식 세포는 표면에 자기임을 알아볼 수 있게 하는 MHC 분자를 부착하고 다닌다. 그런데 대식 세포가 세균을 먹을 때 MHC 분자는 그러한 적 항원의 조각을 떼내어 분자 표면의 홈들 중 한곳에 전시한다. 그러면 이 항원 조각은 면역계에 위험 신호용 붉은 깃발 구실을 하면서 외부 유기체가 몸 속에서 떠돌아다닌다는 경종을 울린다.

대식 세포는 이러한 경종을 울리게 함으로 더 많은 대식 세포를 곧 수백만 대군으로의 증강을 요청하는 것이다! 그리고 바로 이곳으로 보조 T세포가 온다. 수십억 개의 보조 T세포가 몸 안에서 빙빙 돌아다닌다. 그러나 대식 세포는 특정한 종류를 모집해야 한다. 대식 세포가 전시해 놓은 특정 항원에 꼭 맞는 수용체를 가진 보조 T세포가 필요한 것이다.

일단 이런 종류의 보조 T세포가 도착하여 적 항원에 접속되면 대식 세포와 보조 T세포는 화학 신호를 교환한다. 이들 호르몬성 화학 물질인 림포카인은 병균에 대한 면역계의 반응을 관리하고 후원하기 위해 어리둥절할 정도로 여러 기능을 지닌 채 오는 특이한 단백질이다. 그 결과 대식 세포와 보조 T세포 모두 엄청나게 자가 생성하기 시작한다. 이렇게 되면 침입하는 세균을 먹어 치우는 대식 세포가 더 많아지고, 대식 세포가 전시하는 항원에 달라붙는 올바른 종류의 보조 T세포가 더 많아진다. 이런 식으로 면역 병력은 폭발적으로 증가하며 그들 병균 무리는 전멸된다.

[각주]

[4, 5면 네모]

“있을 수 있는 온갖 침입자를 막는 미리 제조된 무기”

면역계는 “있을 수 있는 온갖 침입자를 막는 미리 제조된 무기 공장”을 유지한다. 이 대량의 무기는 “유전자 부분들이 교차, 재조합되는 복합 유전 과정에 의해 생산되는 것으로 알려져” 있다. 이제 최근의 대발견에 대한 보고는 그 일이 어떻게 일어나는가에 관해 이해의 빛을 던져 준다.

“새로 발견된 유전자는 그러한 유전자 재조합 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. 과학자들은 재조합 활성 유전자에 유전자 RAG-1이라는 이름을 붙였다.” 그 발견은 1989년 12월 22일자 「세포」(Cell)지에 보도되었다. 그러나 RAG-1을 발견한, 미국 매사추세츠 주 케임브리지의 화이트헤드 생체 의학 연구소의 과학자들은 “재조합 유전자가 너무 비효율적이고 느리기 때문에 인체가 어떻게 면역 단백질을 그토록 꾸준히 가지각색으로 생산하는지를 설명할 수 없음”을 우려하였다. “인체는 어떤 종류의 침입이 있더라도 대처하기 위해 수백만의 항체와 T세포 수용체를 언제든지 동원할 수 있어야 하며, 이 모든 것은 적어도 그중 소수가 완전히 새로운 형태의 병원체가 들어와도 알아볼 수 있을 정도로 아주 갖가지 모양이어야 한다.”—「뉴욕 타임스」, 1990년 6월 26일.

그러므로 그 과학자들은 그러한 난점을 극복하기 위해 또 다른 유전자를 찾기 시작하였다. 6개월 후 1990년 6월 22일자 「사이언스」지는 그들이 그것을 발견하였다고 보도하였다. “과학자들은 새로운 유전자 RAG-2가 항체와 수용체 단백질을 더 빨리 함께 엮어 가는 데 첫 번째 유전자와 협력한다고 말한다. 두 가지 유전자는 협력하여 작용할 때 각 유전자가 별도로 할 수 있는 것보다 면역계의 성분들을 1000배 내지 100만 배 정도 효율적으로 재조합할 수 있다.” RAG-1과 RAG-2는 협력하여 일하면서 필요한 항체와 T세포 수용체를 무수히 산출한다.

이 연구는 “과학계의 매우 훌륭한 작품”으로 묘사되었다. 이것은 인체의 방어 체계가 감당하지 못하는 일부 유전병을 더 잘 이해하도록 문을 열어 놓을 수 있는 대발견이다.—「뉴욕 타임스」, 1989년 12월 22일.