'자가 면역 질환' 전문가가 쓴 『유전자가 말하는 면역학 야화』(쇼분사)가 이 놀라운 관계를 밝혀 화제가 되고 있습니다. 본서의 일부를 특별 공개합니다.
면역은 양날의 검
면역은 '전염병을 피하다'라는 뜻으로, "한 번 걸린 전염병에는 다시 걸리지 않도록 생체가 저항성을 획득하는 시스템"을 의미합니다.
여러분도 홍역이나 풍진에 한 번 걸리면 두 번 다시 걸리지 않는다는 말을 들어본 적이 있을 것입니다. 백신은 이 시스템을 응용한 것으로, 약화된 감염 미생물을 사람에게 먼저 감염시켜 강한 독성을 가진 실제 미생물에 감염될 때 몸이 신속하게 저항성을 보일 수 있도록 하는 것입니다.
하지만 이 면역 시스템이 감염원이 아닌 자신의 조직을 공격하는 경우가 있습니다. 이를 자가 면역이라 하며, 그로 인해 발생하는 질병을 자가 면역 질환이라고 부릅니다. 전신적으로 자가 면역이 발생하는 것을 콜라겐 병이라 하며, 전신성 홍반성 루푸스와 류마티스 관절염이 이에 해당합니다.
특정 장기를 공격하는 경우는 장기 특이적 자가 면역 질환이라 하며, 1형 당뇨병, 그레이브스병, 크론병 등이 이에 해당합니다.
면역 시스템이 감염원이 아닌 미량의 환경 물질을 공격하는 것을 알레르기라 하며, 꽃가루 알레르기와 아토피 피부염 등이 이에 해당합니다. 이들 모두 면역계의 폭주로 인해 발생하는 병입니다.
자가 면역이 발생하면 감염 미생물에 대한 면역 공격이 미생물이 사라지면 끝나는 것과 달리, 자가 면역의 경우 그 싸움은 '자신의' 장기를 파괴할 때까지 끝나지 않습니다. 그 결과, 생체에 중요한 장기의 기능이 상실됩니다.
예를 들어 1형 당뇨병에서는 췌장이 자가 면역에 의해 공격, 파괴되어 인슐린을 전혀 생산하지 못하게 되어 당뇨병에 걸리게 됩니다. 따라서 이 병에 걸린 사람은 평생 인슐린을 주사해야 합니다. 류마티스 관절염에서는 관절이 면역의 주요 공격 대상이 되어 손상되므로 환자의 신체 기능이 크게 장애를 받습니다.
이처럼 자가 면역이 발생하면 생체에 파멸적인 결과를 초래하기 때문에 초기의 면역학자들은 이런 일이 일어날 리 없다고 생각했습니다. 초기의 유명한 면역학자 폴 에를리히는 이를 "Horror autotoxicus(자가 중독 기피설)"이라고 하였습니다. 면역계가 자기를 공격하는 파멸적인 일이 '진화' 과정에서 선택될 리 없으며, 생체는 이를 방지하기 위한 메커니즘을 가지고 있을 것이라고 말한 것입니다.
그러나 실제로는 자가 면역 질환이나 알레르기와 같은 병이 존재합니다.
그렇다면 왜 이런 일이 일어나는 것일까요?
현대 의학이 밝혀낸 자가 면역의 수수께끼
근래의 의학 발전은 이 수수께끼를 해명하고 있습니다. 유전자 분석 기술과 생명 정보 과학의 발달 덕분에, 우리는 시베리아의 얼음 속에 묻힌 고대인의 뼈에서 유전자를 추출해 그 고대인의 세포가 살아있는 것처럼 각각의 면역 세포의 작용을 재현할 수 있게 되었습니다.
그 결과 자가 면역 질환과 알레르기는 인류가 수만 년의 세월 동안 여러 에피데믹(지역적 감염 폭발)을 겪으며 살아남은 것과 불가분의 관계에 있는 '숙명적인 병'이라는 것이 밝혀졌습니다.
항생제도 백신도 없이 에피데믹과 절망적인 싸움을 벌여온 과거의 인류와 신종 코로나와 함께 사는 현대의 우리, 그리고 미래의 인류는 모두 유전자라는 보이지 않는 실로 연결되어 있습니다.
그 실이 얽혀질 때, 면역 폭주에 의한 병이 나타나는 것입니다.
병은 왜 발생하는가?
유전학과 생명 정보 과학의 개념을 간단히 설명하겠습니다.
우리는 각기 조금씩 다른 유전자를 가지고 있습니다. 인간의 유전자는 A(아데닌), T(티민), G(구아닌), C(사이토신)라는 4개의 염기의 조합으로 쓰여 있습니다.
그러나 그 배열은 인간 한 사람 당 약 30억 개에 달하며, 그것이 각 개인의 차이를 형성합니다. 그 천문학적인 숫자의 유전자 배열 간의 관계를 확률론과 통계학 등 수리적 방법을 사용하여 컴퓨터로 비교 분석하는 것이 생명 정보 과학입니다.
면역학은 기술과 인문학의 교차점에 있다
이들 학문의 발전으로 인해, 예를 들어 특정 병과 관련된 유전자 변이를 발견하고, 그 유전자 변이를 가진 사람이 특정 마을에서 특정 시점을 기점으로 급격히 증가한 사실을 밝힐 수 있게 되었습니다.
그로부터 그 유전자 변이가 발생한 이벤트를 역사와 문화(예를 들어 전염병 발생이나 이민족과의 혼혈, 특유의 식습관 등)의 관점에서 해석함으로써 병의 원인이 된 내러티브(이야기)를 찾을 수 있게 되는 것입니다.
지금은 화석이 된 과거 생물이나 감염 미생물에도 각기 병의 발생과 관련된 이야기가 있으며, 유전학과 생명 정보 과학은 그것을 해명하는 데 도움을 줍니다.
스티브 잡스는 "기술(자연 과학)과 인문학(인문 과학)이 만나는 곳에 큰 가치가 있다"고 말했는데, "면역학"은 지금 이 교차점을 지나고 있습니다.
신종 코로나의 중증화에 관련된 네안데르탈인 유래 유전자
신종 코로나바이러스 팬데믹이 시작되었을 때 "신종 코로나 폐렴의 중증화에 네안데르탈인 유래 유전자가 관련되어 있다"는 보도가 있었던 것을 기억하는 사람이 있을 것입니다.
신종 코로나 폐렴의 중증화율은 지역에 따라 현저한 차이가 있으며, 일본인을 포함한 동아시아인과 아프리카인은 유럽인에 비해 중증화되기 어렵다는 것이 알려져 있습니다. 그 이유로 제3 염색체상의 일련의 유전자군이 관련되어 있다는 것이 밝혀졌습니다.
이처럼 관련된 유전자군이 동일한 염색체에 존재하는 경우, 그 모든 돌연변이가 랜덤하게 일어난 것이라고 생각하기보다는, 그러한 유전자를 가진 "누군가"와 "특정 시점"에 교배함으로써 유래된 것이라고 의심됩니다.
그리고 그 "누군가"가 네안데르탈인이라는 것이 밝혀졌습니다(Nature 2020; 587: 610).
그렇다면 네안데르탈인 유래 유전자는 어떤 특성을 가지고 있었을까요? 그리고 그것이 왜 신종 코로나 폐렴의 중증화와 관련이 있는 것일까요?
네안데르탈인 유래 유전자의 특징
네안데르탈인은 약 40만 년 전에 아프리카를 떠난 후 오랜 기간 동안 혹독한 빙하기를 거치며 추운 유럽에서 서아시아, 시베리아에 이르기까지 살아왔습니다. 그로 인해 세균 감염에 대한 강한 내성을 갖추고 있었습니다.
한편, 이러한 "면역을 활성화시키기 쉬운" 유전자는 면역 폭주가 문제를 일으키는 질환에서는 나쁘게 작용할 수 있으며, 현대 인류의 알레르기나 천식에 걸리기 쉬운 58개의 유전자 중 12개가 네안데르탈인 유래 유전자라는 것이 알려져 있습니다.
그리고 신종 코로나와 관련된 유전자에 대해서도, 이러한 네안데르탈인 유래의 "활성화되기 쉬운" 면역 작용이 문제를 일으킨 가능성이 있는 것입니다.
네안데르탈인과의 혼혈이 일어난 장소
네안데르탈인과 현대 인류의 유전자 교잡(Nature 2014; 505: 43에서 개편)
신종 코로나의 중증화에 관련된 제3 염색체상의 클러스터 유전자가 어디에서 현대 인류에 도입되었는지를 조사하기 위해 연구가 진행되었습니다.