인식하지 못했던 이웃의 이야기

내 속엔 미생물이 너무도 많아 - 기상천외한 공생의 세계로 떠나는 그랜드 투어
에드 용 지음, 양병찬 옮김 / 어크로스 / 2017년 8월

 영화 투명인간은 한 가지 과학적 오류가 있다. 사람몸에 투명해지는 물질을 넣어 사람을 투명하게 만드는 것인데, 인간이 투명해진다한들, 사람 몸속에 있는 미생물과 피부게 있는 미생물들의 존재로 인해 결국 투명해질수는 없다는 것이다. 이는 사람의 몸에 공생하는 미생물이 정말 많다는 것을 의미하는 것이기도 한데, 평균적인 인간은 식품 1g당 무려 백만마리의 미생물을 삼키고 있으며, 한 시간마다 몸에서 3700만 마리의 미생물을 분무한다고 한다. 사람의 세포수보다 몸에 공생하는 미생물의 수가 더 많다고 하니 실로 이 안보이는 이웃의 존재감은 실로 가공할만한 수준이다.

 책은 이런 우리의 아주 오랜 보이지 않는 이웃들에 대한 재조명을 한다. 여기에는 린 마굴리스가 주창한 공생과 진화, 면역, 앞으로의 이 미생물과 함께할 미래가 담겨 있다. 책은 일단 이 미생물 군집을 가리키는 용어로 마이크로 바이옴이란 용어를 사용한다.

 이 마이크로 바이옴은 지구상의 생명체라면 모두 갖고 있는데 인간의 경우 태아의 상태에서는 무균상태였다고 신생아로 태어나며 어머니로부터 3/4가량의 마이크로 바이옴을 사실상 이식 받는다

(산도를 통해서 이식받으며, 이후에는 젖을 통해 공급받는다. 따라서 제왕절개후 우유를 먹으며 자란 아이는 어머니로부터 마이코로바이옴을 이식받을 기회를 크게 상실하는 셈이다.)

 마이크로 바이옴의 영향력은 실로 광범위하여 백신에 대한 반응성, 항암제에 대한 반응성, 영양소의 흡수능력에 관여한다. 또한 비만이나 천식, 당뇨, 결장, 자폐등의 질병도 마이크로 바이옴의 변화를 수반한다. 이는 마이크로 바이옴의 변화가 질병의 원인이나 결과임을 반증하는데 어느 쪽이 맞든 그것이 인간의 건강에 의미하는 바는 상당할 수 밖에 없다. 

 세균의 발견 이래로 인간은 이런 미생물의 상당수가 인간과 공생관계를 구축하거나 무해함에도 감염병의 우려로 이런 미생물들에 대해 상당한 경계심을 갖고 제거에만 힘써왔다. 대표적인 것이 항생제인데 항생제는 2차대전에 사용되어 수많은 인명을 구한 소중한 것이다. 하지만 항생제는 익히 알려진 것처럼 남용할 경우 내성균을 키우는 부작용도 있지만 그 무차별성으로 인해 장내 마이크로바이옴을 교란한다. 즉, 장내에 건강한 마이크로 바이옴을 공격 및 무력화하여 오히려 유해한 외부세균으로의 감염을 촉진하는 것이다. 항생제의 문제는 가축들에게도 이어지는데 집단사육한 가축들을 감염병으로부터 보호하고자 저용량의 항생제를 사용하면 동물들의 마이크로 바이옴이 교란되어 체중이 증가하고 성장이 촉진된다는 사실은 가축농가에 공공연한 비밀이다.

 인간의 면역계에도 오해가 있다. 사람들은 면역계가 주로 인간과 외부를 철저히 구분하고 외부의 것으로 부터 사람의 몸을 방어하거나 적을 파괴한다고 알고 있지만 실상 면역계의 핵심 기능은 숙주인 인간과 함께 공생하는 미생물간의 관계를 관리하는 것이다. 이는 매우 적정해야하는데 면역기능의 설정이 너무 낮으면 인간은 미생물의 과다 침입으로 감염에 노출되며 너무 설정이 높으면 공생하는 건전한 미생물을 공격하여 다양한 건강문제와 염증에 시달리기 때문이다. 지난 반세기 동안 인간은 과도한 위생과 항생제의 남용, 그리고 미생물이 크게 정제된 현대식단의 결합으로 본의아니게 면역 설정을 인위적으로 상승시켰다. 오늘날 일어나고 있는 자가면역 질환은 그 일환일 것이다. 

 인간을 비롯한 여러 생물체들은 자신의 몸에 침투하고자 하는 미생물들을 적절히 관리하는 방법을 진화해왔는데, 척추동물의 경우는 점액질이나, AMPs, 명역세포등을 통해 소화관에 머무는 미생물 종을 결정한다. 인간의 경우에는 모유에 다양한 HMOs를 포함하고 있는데 신기하게도 올리고당의 일종인 HMOs를 인간 아기는 소화하지 못한다. 이 HMOs는 B 인판티스라는 미생물의 먹이로  B 인판티스는 HMOs를 먹고 단쇄지방산을 방출하며 이를 아기가 에너지원으로 사용한다. 즉, 모유가 B 인판티스를 먹이고 B 인판티스는 아기를 먹이는 공생관계인 것이다. 인간에게만 HMOs가 많은 이유에 대해서 학자들은 B 인판티스가 뇌성장에 필요한 시알산을 배출하므로 뇌의 성장이 필요한 태아에 유리하기 때문이라고 말하기도 하며 B 인판티스가 태아의 장에 잘 정착할 경우, 다른 유해세균을 차단하기 때문이라고 주장하기도 한다. 

 다른 동물로 돌아가보면 초식동물은 대개 육식동물의 비해 미생물의 수가 매우 다양하고 많은 편이다. 이는 먹이 때문인데 식물의 경우 강력한 세포벽과 독성물질을 많이 포함하므로 이를 소화하는데 많은 미생물의 도움이 필요하기 때문이다. 어쨌든 포유류는 대부분의 목이 초식동물로 진화하면서 공룡의 빈자리를 성공적으로 매우고 다양한게 종분화하였는데 이는 식물을 먹이로 삼는게 가능했기 때문이며 여기엔 미생물의 역할에 절대적이었다. 그리고 초식동물은 이 미생물을 보유하기 위해서 미생물이 작업할 만한 적절한 공간과 시간을 제공할 필요가 있었다. 

 때문에 초식동물들은 소화관의 일부를 미생물을 위한 발효실로 제공하였는데 이 발효실이 소화관의 가장 앞에 있는 경우와 반대로 가장 뒤에 있는 경우로 구분된다. 발효실이 가장 앞에 있는 경우는 미생물에게 먹이의 에너지를 먼저 제공한다는 단점이 있지만 오히려 이 먹이를 에너지로 삼은 미생물 자체를 소화과정에서 흡수하며 미생물이 먹이를 소화하기 쉽게 미리 만들어 놓아 소화효과를 강화한다는 장점이 있다. 발효실이 가장 소화관의 뒤에 있는 경우는 미생물보다 먹이의 영양소를 최대한 먼저 흡수하는 효과를 갖는다. 딱 봐도 느낌상 앞에 있는 것이 유리해 보이는 만큼 상당수의 초식동물들은 발효실을 소화관의 가장 앞에 갖는 편이다. 

 동물들은 서로의 대변을 먹는 습관을 통해 서로의 마이크로바이옴의 장점을 잘 공유하기도 한다. 하지만 상대의 대변에 불쾌감을 갖는 인간에겐 사용하기 어려운 방법인데 대변미생물총 이식술은 이를 해결하는 방편이다. 이는 글자그대로 상대의 대변을 채취하여 환자의 장에 이식하는 방법인데 마이크로바이옴 전체가 이식된다. 한 임상실험에서 강력한 항생제인 반코마이신을 사용한 그룹과 대변미생물총 이식 그룹을 나누어 치료효과를 검증한 결과 항생제그룹은 20%정도의 치료율을 보인 반면 대변 그룹은 무려 94%의 치료 효과를 보였다. 심지어 부작용도 없이. 대변미생물총 이식은 우울증이나 비만등 다양한 질병의 치료에 가능성을 보이곤 있지만 글자그대로 전체 미생물총의 이식이 갖고올 결과에 대한 검증이 정확히 이루어지지 않았다는 점에서 현재로선 유망한 가능성으로만 남아있는 편이다. 

 이와 같은 미생물들은 상당히 오랜 기간 숙주와 공생하며 공진화했다고 볼수 있다. 린마굴리스는 공진화의 개념을 오래 주장하며 진핵생물의 세포내 미토콘드리아와 엽록체의 존재로 공진화를 당당히 진화의 한 부류로 입증했다. 린 마굴리스는 더 나아가 진화는 한 개체가 아니라 그와 함께 삶의 중요한 부분들을 함께보내는 생물들의 집합체인 전 생활체의 수준에서 살펴야 한다고 주장했다.  진화의 개념이 전생활체 수준인 만큼 유전자 역시 개체의 유전자 만이 아니라 개체의 유전자와 미생물의 유전체를 합친 전유전체 개념에서 봐야한다는 주장역시 이끌려 나오게 된다. 이는 상당히 설득력이 있으며 이미 숙주와 완벽히 융합되어 유전자까지 공유하는 미토콘드리아나 엽록소의 경우는 이의가 없지만 공생에서 언제든지 기회만 오면 감염으로 치닫는 일부 기회주의자적 미생물과 유전자수준까지 공유하지 않는 미생물들의 존재로 아직은 공인받지 못하고 있다. 

 책은 이런 미생물이 인간에게 줄 미래의 단편을 보여주며 마무리로 치닫는다. 미생물들은 숙주의 건강을 돕는 프로바이오틱과 이 프로바이오틱을 선별적으로 먹여살려주는 물질은 프리바이오틱이 있는데 책은 미래에 이들을 활용한 개인화된 주입의 시대가 다가올거라 말한다. 개인의 마이크로바이옴이 다른 만큼 개인의 면역계와 유전적 특성, 마이크로 바이옴을 고려한 프로바이오틱인 주문 제작될 것이라는 것. 

 아기들의 장난감으로는 3d 프린팅으로 제작한 작은 공이 있는데 이공에는 미생물이 자라기에 적합한 구멍들이 파여있으며 각각의 구멍에는 아기에게 유익한 프로바이오틱과 프로바이오틱을 배양할 프리바이오틱이 포함되어 있다. 아기가 이를 만지고 빨면서 자연히 유익한 장내 바이크로바이옴을 형성할 것이라는 것이다. 또한 미래의 건물들 역시 무균과 외부로부터의 차단이 아닌 미생물의 마음껏 유입되고 인간에게 필요한 미생물을 사람이 자연히 생활하면서 접할수 있게끔 설계된다는 것이 저자의 생각이다. 그리고 더 나아가 유전자 조작을 통해 미생물이 인간의 건강에 기여하고 실제로 뎅기열이나 사상선충감염의 차단에 성공한 것처럼 적절한 조작을 통해 질병까지 막아낼수 있다는 비전을 제시한다. 

 전체적으로 책을 보면서 이미 나와 아주 오랜시간 공생하고 공진화한 이웃들에 대한 재조명, 그리고 이들을 둘렀싼 많은 편견과 앞으로의 가능성에 대해 느낄수 있는 시간이었다. 한 라디오 프로그램에서 이 책을 추천하는 방송을 들었는데 매일 조금씩 읽으란다. 읽기 힘드니. 다소 그런면도 없지 않았지만 가독성이 높은 편이다. 추천한다.