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미생물이야기 <이상한 디프테리아균>
2013-08-06 12:57:18
이엠생명과학연구원

<이상한 디프테리아균>

 

1880년대에는 어린아이들 사이에 번지는 디프테리아가 무서운 전염병이었다. 디프테리아에 걸린 10명의 어린아이 중 다섯 명이 사망할 정도였다. 그러므로 당대의 학자들은 어린생명을 구하기 위해 필사적으로 매달렸다.

디프테리아는 오랜 역사를 자랑하는 질병인데 이미 1826년에 브레토노(Pierre Bretonneau, 1778?1862)가 디프테리아가 전염병이라는 사실을 발표했고 1880년대에 후반에 유럽에서 디프테리아가 유행하자 때마침 코흐의 조수인 프리드리히 뢰플러(Friedrich August Johannes Loffler, 1852?1917)가 디프테리아 항독소(Antitoxin)를 발견했다.
디프테리아균은 아름다운 파란색 점을 가진 줄무늬가 있는 막대기 모양이었다. 그는 얼마 지나지 않아 이상한 줄무늬가 있는 미생물을 순수 배양하는 데 성공했다. 그러나 이들 균은 목구멍에서만 발견되고 다른 부위에는 없었다.
베링보다 먼저 코흐의 연구실에서 일했던 뢰플러는 목구멍에만 있고 다른 곳에는 없는 몇 개 안 되는 균이 어린아이를 그렇게 빨리 죽일 수 있는지 의문을 품었다. 그는 순수 배양된 균을 토끼와 기니피그(일명 모르모트)의 피하에 주사했다. 동물들은 2?3일내로 사망했고 어떤 때는 더 빨리 죽었다.
하지만 뢰플러는 코흐의 조수답게 신중성이 너무 지나쳐 자신이 발견한 간균이 정말로 디프테리아의 원인균인지를 확신할 수 없다고 발표했다. 그가 그렇게 말한 이유는 디프테리아로 죽은 아이인데도 불구하고 균을 찾을 수 없는 경우가 있기 때문이다. 더구나 기니피그와 토끼를 병들게 했던 작은 미생물이 디프테리아 증상이 전혀 없는 한 아이의 목구멍에서도 발견된 적이 있었다.
그러면서도 다음과 같이 탁월한 예측을 했다.
‘이 균은 독소를 만드는 것이 틀림없고 균체에서 스며 나와 몸 속의 중요 기관으로 들어간다. 그런 독소는 디프테리아로 죽은 아이의 장기와 기니피그의 시체, 그리고 이 균이 잘 자라는 배지에서 발견할 수 있을 것이다.’ ▲ 에밀 베링, 코흐의 제자인 베링은 디프테리아의 혈청요법을 개발하여 코흐보다 먼저 제1회 노벨 생리?의학상을 수상했다. ⓒ 뢰플러의 발표에 주목한 사람은 파스퇴르의 조력자인 프랑스인 에밀 루(Emile Roux, 1853?1933)와 코흐의 제자인 독일인 에밀 베링(Emil Adolf von Behring, 1854?1917)이다.
에밀 루는 디프테리아 환자로부터 뢰플러가 발견했던 것과 같은 균을 발견했다. 그가 균을 배양하여 토끼에게 주사하자 토끼는 며칠 후 뒷다리를 절뚝거리며 끌더니 상체까지 마비된 후 죽었다. 그는 자신이 배양한 균이 디프테리아를 발생시키는 원인균이 틀림없다고 생각했다.
그런데 죽은 토끼의 조직을 떼어내어 비장과 심장에 배양했는데 균이 자라지 않았다. 수십억 개의 균을 토끼에게 집어넣었는데도 토끼의 몸에서 한 마리의 균도 발견되지 않았다.
루는 뢰플러가 예측한 내용에 주목했다. 즉 동물들을 마비시키고 죽이는 것은 균이 만드는 독소라는 것이다. 루는 엄청난 실험을 통해 독소를 갖고 있는 균의 특성을 발견했고 믿기지 않을 정도의 소량으로도 토끼나 큰 개를 죽일 수 있다는 것을 확인했다. 순수하게 정제된 물질 1온스는 기니피그 60만 마리 또는 큰 개 7만 5000마리를 죽이기에 충분했다. 그야말로 치명적인 독이었다.
그러나 루는 더 이상 발전하지 못했다. 그는 디프테리아균이 어떻게 아이들을 죽이는지는 설명했지만 균의 공격을 막는 방법을 찾아내지는 못했다. ▲ 생백신 접종, 미국의 조너스 소크가 자신이 개발한 소아바미 백신을 접종하고 있다. 소아마비는 백신을 철저하게 접종하면 천연두와 같이 지상에서 사라질 것으로 예측한다. ⓒ 루와 똑같은 에밀이라는 이름을 쓰는 베링도 루와 같은 연구에 몰두하고 있었다. 그런데 베링은 파스퇴르의 아이디어 즉 백신을 만드는 방법에 있어 아무리 약한 병원균이라도 인간에게 직접 주사하는 것은 위험하다는 생각을 했다.
더불어 병균이 인체에 일단 침투하면 인체에서 항체를 만들어 대항하는데 병균이 이를 극복할 때에만 질병이 일어난다는 가설을 세웠다. 이것은 병균이 인체에서 만드는 항체에 저항하는 물질을 만들기 때문으로 그는 병균이 만드는 저항 물질을 추출하여 주사하면 동일한 효과를 얻을 수 있다는 데까지 생각을 발전시켰다.
베링은 디프테리아를 치료할 수 있는 화학물질을 찾을 수 있다며 다양한 화학 합성물을 동물들에게 주사했다. 비싼 금도 시도해 보고 나프틸아민도 시도하는 등 30가지가 넘는 물질들을 실험했다. 그런데 그에게 행운이 찾아와 다소 비과학적이고 무작위적인 실험을 통해 요오드 트리클로라이드를 우연히 발견했다.
그는 치명적인 양의 디프테리아균을 기니피그 피하에 주사했다. 미생물들은 기피니그의 몸속에서 재빨리 증식했고 베링은 요오드 트리클로라이드를 주사했다. 놀랍게도 치명적인 디프테리아균을 주입받았음에도 불구하고 기니피그는 죽지 않았다.
그는 치유된 동물들이 디프테리아에 대한 면역을 갖고 있을지 모른다고 생각했다. 그의 예상은 옳았고 몇 십 마리의 동물을 죽이기에 충분한 수백만 마리의 균이 들어있는데도 병에 걸리지 않았다. 면역을 가진 것이다.
결국 베링은 디프테리아에 걸렸다가 회복되어 면역을 가진 동물의 혈청만이 디프테리아 독수를 없앨 수 있다는 것을 발견했다. 그는 그런 혈청을 항독소(antitoxin)이라 불렀다.
약간의 시행착오가 있었지만 성능이 좋은 항독소 공장이 설립되었고 3년이 못되어 2만 명의 아기들이 주사를 맞았다. 그러나 그가 개발한 치료약은 완벽하지 않았다.
이때 프랑스의 에밀 루가 말들에게 독소에 대한 면역을 갖게 하는 쉬운 방법을 개발했다. 그 혈청은 매우 강력해서 소량으로도 여러 마리의 개를 죽일 수 있는 많은 양의 독소를 파괴할 수 있었다. 그러나 에밀 루의 혈청도 완벽하지 않았다. 100명 중 26명이 죽었기 때문이다.
문제는 디프테리아 자체에 있었다. 디프테리아는 병독성에서 기복이 있는 질환인 것이다. 심할 때는 100명 중 60명을 죽일 정도로 치명적이지만 어떤 때는 디프테리아균이 약해져 겨우 열 명 정도를 죽였다.
여하튼 베링과 루의 혈청 치료는 계속 발전하여 병에 걸린 첫날 항독소를 주면 거의 모든 아기들의 생명을 구할 수 있다. 특히 근래에는 몇 번의 간단하고 안전한 주사를 맞기만 하면 그동안 수많은 생명을 앗아가던 디프테리아는 더 이상 치명적인 병이 아니다.
병에 걸린 환자로부터 채취한 항체를 가지고 있는 혈청을 주사함으로써 질병을 치료하는 방법을 혈청 요법이라고 하는데 이러한 면역 현상을 이용한 예방 접종을 다음과 같이 풀이할 수 있다.
질병의 병원체인 세균에 의해 화학적 유독 물질인 독소가 만들어지고 그것이 질병의 1차적 원인이 된다. 한편 항원에 감염된 생물체는 항원과 그 독소에 대항하기 위해 항독소를 만들어 낸다. 그래서 죽은 세균을 몸에 주사하면 가벼운 증상을 일으켜 항독소의 생성을 자극하고, 그 결과 추후의 감염에 저항할 수 있게 되는 것이다.
베링은 1901년에 코흐를 제치고 제1회 노벨 생리?의학상을 수상한다. 그에 대한 노벨상 수여 이유는 다음과 같다.
‘혈청 요법에 대한 그의 연구, 특히 디프테리아에 대한 혈청 요법의 적용은 의료 과학에서 신천지를 개척한 것이고 인간의 질병과 죽음을 이길 수 있는 강력한 무기를 의사들에게 제공했다.’
한마디로 베링이 면역학의 창시자라고 불려도 좋을 정도의 업적을 세웠다는 뜻이다. 그의 업적은 혈청에서의 항독소의 존재를 규명하고 면역혈청으로 예방과 치료 효과를 얻을 수 있는 일련의 작업을 완성시킨 것이다. 베링과 함께 일한 에를리히는 항독소의 적정량을 계산하였고 혈청 요법에 대한 연구를 계속했다.

혈청이 이렇게 좋은 결과를 얻자 학자들은 혈청의 근원을 캐기 시작했다. 여기에서 성과를 얻은 사람이 벨기에의 세균학자 보르데(Jules Bordet)였다. 그는 혈청이 상호 관련 있는 여러 가지 효소로 구성된 복잡한 체계임이 밝혔다.




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