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미생물이야기 1억7천만불 투입되는 ‘인간 미생물군집 프로젝트’
2013-08-01 15:18:41
이엠생명과학연구원

1억7천만불 투입되는 ‘인간 미생물군집 프로젝트’

[파퓰러사이언스 공동] 인체라는 이름의 생태계

우리 몸에는 박테리아가 가득 차 있다. 아무리 건강한 사람도 마찬가지다. 이 점에서 과학자들은 인간의 질병이 인체 면역체계와 인체에 거주하는 미생물들 사이의 상호작용 때문일 수 있다고 생각한다.

인체를 하나의 생태계로 보는 것이다. 이들은 이 상호작용을 밝혀내면 여러 질병들의 실체를 더욱 잘 이해할 수 있으며 언젠가 수백만 명의 습진 환자들을 가려움증으로부터 영원히 해방시킬 수 있을 것으로 확신한다.

미국 메릴랜드주 베데스다에 위치한 미 국립보건원(NIH)에서 만난 제이크 하비는 14세의 소년 치고는 그리 행복해보이지 않았다. 피부는 불결했고, 습진으로 인해 극심한 가려움증에 시달렸으며, 숨소리는 천식을 앓는 듯 쌕쌕거렸다. 하지만 의사들은 제이크에게 당혹스러운 요구를 했다.

앞으로는 병원에 오기 전 24시간 동안 목욕을 하거나 습진 연고를 발라서는 안 되며 천식을 진정시켜주는 흡입기도 사용하지 말라는 것이었다. 그의 질병을 제대로 파악하려면 아무런 조치도 취하지 않은 평상시의 모습 그대로를 봐야한다는 게 그 이유다.

 

제이크의 입장에서 보면 더없이 불편한 하루가 되겠지만 그의 희생은 습진이나 각종 알레르기 증상으로 고통 받고 있는 수백만 명의 사람들이 더욱 나은 치료를 받도록 해줄 수 있다.

현재 몇몇 과학자들은 건조한 붉은색 발진이 나타나는 습진의 원인이 피부에 살고 있는 박테리아들과 인체 면역 시스템 사이의 미묘한 상호작용에 있다고 본다. 그리고 이들은 이러한 관점에서 무엇이 습진을 촉발하는지, 위생 시스템이 잘 갖춰진 선진국에서 왜 지난 수십 년간 습진 환자가 급증하고 있는지 알 수 있기를 희망한다.

NIH 암연구센터의 피부과 전문의이자 제이크의 주치의인 하이디 콩 박사와 NIH의 유전학자 줄리 세그레 박사가 이끄는 연구팀도 그중 하나다. 두 사람은 5년간 1억7천300만 달러가 투입되는 ‘인간 미생물군집 프로젝트(Human Microbiome Project, HMP)’에 참여하고 있다.

HMP의 목표는 몸속이나 피부에서 살아가는 미생물 수천 종의 특징을 정확히 이해하는 것이다. 생후 수개월 만에 습진에 걸려 지금껏 시달려온 제이크도 바로 이 프로젝트를 위해 자신의 집에서 무려 100㎞나 떨어진 NIH에 5~6번이나 찾아가 피부세포를 제공했다.

지난 14년간 옷조차 편안히 입지 못했을 만큼 습진과 가려움증에 고통 받았던 제이크는 항생제, 국소 스테로이드 치료제, 식이요법 등 온갖 치료를 받았다. 하지만 어느 방법도 큰 효과를 보지는 못했다. 어렸을 적에는 손가락 끝에 반창고를 붙이고 학교에 갔으며 잠을 잘 때 손에 양말을 끼우기도 했다. 그래야만 무의식적으로 피부를 긁어서 옷과 이불에 피가 묻는 사태를 막을 수 있었기 때문이다.

그럼에도 불구하고 제이크는 숙면을 취해본 경험이 단 한 번도 없다. 사실 습진은 일부 사람의 전유물이 아니다. 전 세계 어린이의 약 30%가 습진에 걸린다. 그런데도 어떤 유전적 혹은 환경적 요인이 습진을 유발하는지는 아직 아무도 모른다.

다행스러운 사실은 습진에 걸린 아이들의 60%가 사춘기 시절 초기에 자연스럽게 완치된다는 점이다. 반면 나머지 40%는 평생토록 습진을 달고 살아야 한다. 또한 이들 40% 중에서도 운이 나쁜 약 3분의 1은 천식과 건초열까지 동시에 걸린다. 제이크처럼 말이다.

그렇다면 습진과 천식, 건초열이라는 3가지 질병이 동시에 침범할 수 있는 인간 면역체계의 구멍은 무엇일까. 이에 대한 정보는 거의 알려진 바 없다. 제이크의 어머니 데비의 말이다. “지난 몇 년간 소아과 전문의, 피부과 전문의, 알레르기 전문의를 모두 만나봤지만 누구도 제이크의 병을 고치지 못했습니다.”

질병과 박테리아의 관계

인간의 몸은 보통 수조개의 세포로 이뤄져 있다. 그리고 세포보다 약 10배나 많은 박테리아들을 가지고 있다. 과학자들이 인체의 박테리아에 관심을 가진 것은 지난 1863년 네덜란드의 박물학자 안톤 판 레벤후크가 직접 만든 현미경으로 자신의 치아에 낀 치석을 떼어내 관찰하면서부터다.

물론 그가 치석에 현미경을 들이댄 이유는 박테리아가 아닌 치석에 사는 극소동물을 찾기 위해서였지만 이것이 시발점이 되어 과학자들은 수십년 전부터 인체의 내·외부에 얼마나 많은 박테리아가 살아가고 있는지를 본격 연구하기 시작했다.

근래 들어 이 분야를 연구하는 과학자들은 인간이 걸리는 질병의 상당수가 지금까지의 생각처럼 특정한 하나의 박테리아가 아닌 인체에 있는 다양한 박테리아들의 상호작용에 의해 발병되는 것일 수도 있다는 의구심을 제기하고 있다. 이런 의문을 풀기 위해 HMP의 연구자들은 인체에 사는 수많은 박테리아와 진균, 원생동물, 바이러스의 DNA 염기서열을 분석할 계획이다.

결코 쉬운 작업은 아니지만 과거에 비해 그 성공 가능성은 매우 높다. 실제로 인체에서 미생물의 존재를 식별하려면 원래의 거주지인 몸이 아닌 다른 곳에서 그 표본을 배양해야 한다. 그런데 과거에는 해당 미생물의 최적 성장환경을 파악하는 데만 엄청난 연구노력이 필요했다.

따라서 황색 포도상구균, 화농성 연쇄상구균 등 그 숫자가 많아 표본 채취가 용이하고 생명력도 강한 미생물들만이 연구대상이 됐다. 반면 지금은 DNA의 염기서열 순서를 결정하는 시퀀싱(sequencing) 기술이 비약적으로 발전한 상태다.

HMP의 연구자들은 현재 약 3천종의 박테리아를 대상으로 유전자 지문을 만들고 있다. 연구과정에서 참조할 기본 데이터베이스 구축을 위해서다.

또한 건강한 일반인 300명을 선발해 피부, 입, 복부, 사타구니 등을 포함한 6개 인체 부위에서 살고 있는 미생물 군집의 구성 상태를 철저히 분석 중이다. 이 연구가 완료되면 여기서 얻어진 결과와 습진, 크론병, 궤양성 대장염 등 질병에 걸린 사람들의 관찰결과를 비교해 그 차이점을 찾아낼 계획이다.

아울러 제이크를 포함, 습진에 걸린 아이들로부터 제공받은 피부 표본은 콩 박사와 세그레 박사가 피부의 상재균총(resident flora, 인체에 항상 거주하는 세포군) 상태 변화, 질병 발병률 상승에 관련된 인간 면역체계와 상재균총의 상호작용을 이해하는 데 많은 도움을 줄 것이다.

 

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