살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab)와 COVID-19 백신(vaccine) 개발

[長樂山人 이종인]

살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab)와 COVID-19 백신(vaccine) 개발

자료정리, 장락산인(長樂山人 010-9420-9632) 다송원 천연발효식초, 토종꿀

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사진 살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab) 1-2

사진 살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab) 1-3 캡처

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※투구게(Horseshoe crab)와 COVID-19 백신(vaccine) 개발

사진 COVID-19

투구게(Horseshoe crab)와 COVID-19 백신(vaccine) 개발

미국 생명공학회사 모더나(Moderna)가 2.5개월 안에 신종 코로나바이러스(코로나19, WHO 공식명칭 COVID-19)에 대한 백신 임상시험에 들어갈 예정이라고 밝혔다. 모더나는 mRNA(messenger RNA) 치료제 및 백신을 개발하는 회사다.

2020.02.12일 관련업계에 따르면 모더나는 최근 3가지 새로운 전염병 백신 후보물질을 공개했다. 이 중 하나가 신종 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신 후보인 mRNA-1273이다.

중국 국가위생건강위원회에 따르면 12일 0시 기준 중국 전역에서 코로나19 누적 확진자수 4만 4653명, 사망자는 1113명에 이르지만 아직 이에 대한 치료제 및 백신은 없다.

mRNA-1273은 바이러스 당단백질(spike protein)에 대한 신종 코로나바이러스 인코딩에 대항하는 백신으로, 미국 국립보건원(NIH)과 공동으로 선정한 후보물질이다. 제조는 전염병대비혁신연합(Center for Epidemic Preparedness and Innovations, CEPI)으로부터 자금을 지원받았다.

S 단백질 복합체는 막 융합 및 숙주 세포 감염에 필요하며, 중동호흡기증후군(MERS) 및 중증급성호흡기증후군(SARS)와 같은 코로나바이러스에 대한 백신의 표적이 돼왔다.

1월 13일 NIH와 모더나 전염병 연구팀은 코로나19 백신의 시퀀스를 마무리하고, 모더나는 임상 제조에 들어갔으며, 2월 7일 첫 번째 임상 배치가 완료됐다.

이 mRNA 백신은 25일 안에 설계 및 제조됐으며, 미국에서 계획된 임상1상에 사용하기 위해 NIH로부터 분석 테스트를 받고 있다.

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살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab)

투구게는 특이하게 피가 파란색이다. 같은 협각류에 속하는 거미 역시 파란 피를 가지고 있다. 삼엽충과 닮은꼴인 투구게는 거미나 전갈과 더 가깝다.

투구게는 모든 종이 바다에서 서식하며 헤엄치는 능력이 부족해 해저면 위를 걸어다니며 살아간다. 해저면에서 벌레나 작은 물고기, 연체동물 등을 사냥해 섭취한다.

번식기가 되면 산란을 위해 해변가에 상륙한다. 암컷이 모래구멍에 산란을 하면 수컷이 암컷의 등에 올라가 정자를 뿌려 알을 수정시킨다. 번식을 마친 투구게는 다시 바다로 돌아가지만 몇몇 개체는 죽는다. 알에서 태어난 투구게는 1년에 총 6번의 탈피 과정을 거친다.

우리나라에서는 지난 1997년 10월 제주도 우도에서 세가시투구게가 채집된 적이 있다. 이 개체는 제주민속자연사박물관에 보관되고 있다.

[요약] 전체적인 모습이 투구와 비슷하고 긴 꼬리가 있는 고생대부터 살았던 살아 있는 화석이라고 불리는 생물이다.

고생대 실루리아기에 나타나 중생대에 번성한 절지동물로 지금까지 형태를 거의 바꾸지 않고 살고 있어 ‘살아 있는 화석’이라고도 한다.

몸 길이는 58~60cm이며, 전체적인 모습이 투구 또는 부채와 비슷하다. 머리가슴, 배, 꼬리의 3부분으로 나뉘는데 서로 관절처럼 연결되어 움직일 수 있다. 몸의 색깔은 녹갈색으로 광택이 나며, 머리가슴과 배는 석회질의 갑각으로 덮여 있는데 헬멧 모양이다. 머리가슴의 앞면에는 2개의 홑눈과 1개의 겹눈이 있고 더듬이는 없다. 꼬리는 긴 칼 모양이다.

머리가슴에는 5쌍의 걷는 다리가 있고 배는 대체로 육각형이다. 바다의 모래나 모래 진흙에서 살며 육식성으로 갯지렁이류, 갑각류, 조개류 등을 잡아먹는다.

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살아 있는 화석 투구게(Horseshoe crab)  

투구게는 촉각기능이 없는 동물이라 하여 무각류라고도 하며, 투구게(Tachypleus tridentatus)는 협각아문에 속하는 절지동물이다. 이름과 달리, 이들은 게들보다 거미, 진드기, 전갈에 더 가깝다. 일본의 세토 내해 주변과 동중국해, 한국 등에 분포한다. 같은 과에 속해있는 종이 멕시코만, 북대서양연안, 인도에서 발견된다. 검미목(劍尾目) 투구게과에 속하는 동물의 총칭. 현재 남아 있는 종은 3속 4종이 있다.

중국과 태국에서는 이걸 요리해서 식용으로 먹는다. 먹는 것은 주로 암컷으로, 산란하러 육지로 올라온 걸 동네 아이들이 해변에서 무더기로 잡아온다고 한다. 맛은 별로 없다고 한다. 그리고 무턱대고 먹진 말자. 일부 종은 테트로도톡신 계열의 강한 독소를 가지고 있는 경우가 있다.(복어독과 같은 계열.) 태국에서는 투구게를 멩따라 하는데 먹는 부위는 투구게의 아랫부분을 취하고 있다.그래서 뒤집어서 먹어야 하는데 뒤집으면 삼엽충 배부분을 보는 것 같기도 하고 꼭 영화 에어리언 얼굴 같기도 하다.

투구게와 인간과의 끈끈한 유대

자료출처 : [명랑문화공작소]http://www.myungrang.co.kr/177

[오랜 시간 한결같은 모습으로 인해 진화론을 공격하는 창조론자들의 좋은 소재가 되고 있는 투구게]

공룡보다도 더 오래된 연식으로 현존하는 생물들이 알아서 기어도 시원찮을 판에 투구게는 어쩌다가 새까만 후배인 인류의 손에 놀아나게 되었을까. 그건 아이러니 하게도 그 오랜 세월을 살아남게 해준 독특하면서도 뛰어난 투구게의 면역체계 때문이다.

생긴 건 게처럼 생겼지만 오히려 거미나 전갈 같은 애들과 머나먼 친척관계인, 절지동물에 속하는 투구게는 피가 섹시하게도 파란색이다. 이것은 투구게의 고향이 안드로메다라서 그런 것이 아니라 투구게의 혈액 내에 산소를 운반하는 단백질(헤모시아닌)에 구리가 포함되어 있기 때문이다. 반면 우리는 산소를 운반하는 단백질(헤모글로빈)에 철을 포함하고 있어서 붉은 색이다.

춥고 산소가 낮은 곳에서 살고 있는 생물들에게는 헤모글로빈(hemoglobin)의 산소 수송보다는 헤모시아닌(hemocyanin)의 산소 수송이 더 효율적이기 때문에 투구게는 파란 피를 택한 것이다.

투구게의 섹시한 파란 피는 그 영롱한 색 말고도 또 하나 매력적인 면을 가지고 있는데 그건 바로 세균과 접촉하면 바로 굳어버리는 원시적인 면역체계이다. 그리고 이런 훌륭한 면역체계로 인해 투구게는 팔자에도 없는 인간과 세균(박테리아)와의 전쟁에서 일선에 나서는 처지가 되었다.

인류는 백신을 개발하여 수 천 년 동안 세균에게 넋 놓고 린치 당하던 상황을 역전시켜 세균과의 전쟁에서 우위를 점하게 해주었다. 백신의 원리는 간단하다. 우리의 면역체계를 미리 해당 세균에 노출시켜 기억시킨 후 다음에 같은 놈이 찾아오면 신속하게 걷어 차버리게 만드는 것이다. 하지만 그렇다고 쌩쌩한 세균을 몸에 직접 주입 했다가는 스파링 뛰려고 했다가 재기불능으로 망가질 수도 있는 위험이 있다. 그래서 백신은 독성을 낮추거나 제거한 세균(생백신)이나 아니면 아예 죽인 세균(사백신)을 이용한다. 그런데 초창기 백신을 연구하던 중 기이한 일이 발생한다. 죽은 세균으로 만든 백신을 맞은 환자 중 일부에게서 열이 나거나 심지어 쇼크사를 하는 것이 아닌가.어떻게 죽은 세균이 사람을 아프게 할 수 있는지 의사들은 난감할 수밖에 없었다. 그들은 이 문제를 풀기 위해 머리를 싸멘 끝에 그 원인을 밝혀내었다. 그건 일부 세균들의 세포벽이 문제였다.

[폐렴으로 죽은 환자의 폐조직을 연구하다가 ‘그람 염색’를 개발하게 된 한스 크리스티안 그람 선생님]

세균을 분류하는 여러 방법들 중에는 염색에 의해 방법이 있다. 이것을 그람 염색(Gram stein)이라고 하는데 덴마크 출신의 의학자 ‘한스 크리스티안 그람(Hans Christian Gram)’이 개발한 염색법이다. 이 염색법을 이용하면 세균의 특성에 따라 크게 두 부류로 구분할 수 있다.

우선 그람 염색을 하면 자주색을 띄는 그람 양성 세균(G+)들로 포도상구균, 연쇄상구균, 폐렴균,나병균, 파상풍균 등과 같은 놈들이 여기에 속한다. 요녀석들은 두꺼운 세포벽이 특징인데 왜냐하면 이들의 나와바리가 육지이기 때문이다. 거친 육지생활을 위해선 아무래도 단단한 세포벽이 필요했을 것이다.

반면 붉게 염색되는 세균들이 있는데 이들은 그람 음성 세균(G-)이라고 한다. 살모네라균, 이질균, 티푸스균, 대장균, 콜레라균, 페스트균 등이 여기에 속하며 요녀석들의 면면을 보면 알 수 있듯이 그들의 나와바리는 물이다. 그래서 보다 유동적으로 움직이기 위해서 얇은 세포벽을 가지고 있다. 바로 이 그람음성 세균들의 세포벽이 문제의 원인이었다.

그람음성 세균의 세포벽은 LPS(lipopolysaccharide)라는 분자로 구성되어 있는데 우리의 면역체계는 세균의 LPS를 감지하여 면역반응을 일으킨다. 그래서 죽은 세균으로 만든 백신이었지만 인체는 죽은 세균의 LPS를 감지하고 면역반응을 일으켜 몸에 열이 나는 것이다. 이처럼 그람음성 균의 LPS를 내독소(endotoxin)라고 한다.

그람음성 균들은 자라면서 세포벽에서 지속적으로 내독소를 방출한다. 또한 그람음성 균은 세포벽이 얇아서 물에서 꺼내면 쉽게 죽거나 뭉게지며 이 과정에서도 내독소를 방출한다. 즉 우리는 언제나 내독소에 노출되어 있다고 보면 된다. 그래서 우리 몸은 스스로를 지키기 위해 내독소에 반응하는 면역 시스템을 구축한 것이며, 몸에 열이 나는 것은 체온을 올려 세균을 태워 죽이려는 포유류들의 자연스러운 면역반응 중의 하나인 것이다. 이런 과정들을 통해 인체의 면역 시스템은 점점 강해지는 것이며 대부분 내독소는 크게 문제가 되지 않는다.

그러나 많은 양의 내독소가 인체로 쳐들어와서 너무 많은 열을 발생시키면 생명까지 위험해질 수 있다. 특히 백신이나 정맥주사액 같은 생의학 제품과 의료장비의 경우 그 대상이 면역력이 약한 환자들의 경우가 대부분이기 때문에 내독소의 제거는 중요하다. 내독소를 효율적으로 파괴하기 위해서는 200도 이상의 고온이나 강산, 강염기에 장시간을 노출시켜야 한다.

그래도 장담할 수 없다.

주위에는 내독소가 널려 있어서 다른 과정에서 묻어올 수 있기 때문이다. 그래서 의료제품을 만드는 회사들은 내독소에 민감한 토끼를 주로 애용하였다. 오염이 의심되는 샘플을 토끼에게 주사하고 토끼가 열이 나는지를 통해 오염유무를 알 수 있었다. 하지만 이 방법은 어려운 점이 많았다. 이런 시험을 위해선 많은 토끼를 길러야 했기 때문에 넓은 공간과 많은 유지비가 들었으며 윤리적인 문제도 대두되었다. 게다가 실험 결과를 얻기까지 무려 48시간이나 걸렸다.

이렇게 인류가 예상치 못한 세균의 내독소에 전전긍긍하던 중 투구게의 영롱한 푸른 피가 한줄기 빛이 되어 나타난 것이다.

물론 투구게에게는 악몽의 시작이었다.

투구게의 출생의, 아니 혈액의 비밀을 밝혀 이후 그들을 예수님과 같은 고난과 희생의 삶으로 내던진 이는 ‘프레드 뱅(Fred Bang)’이라는 과학자다. 그는 투구게의 혈액 순환을 연구하던 중 세균 감염으로 죽은 투구게의 피가 반고체 덩어리로 응고되어 있음을 발견하였다. 뭔가 이상야릇함을 느끼고 더욱 연구에 박차를 가해 투구게의 혈액 응고 현상이 포유동물의 내독소 반응과 비슷하다는 것을 알아내었다. 즉 우리는 열이 나는 반면 투구게는 대인배스럽게도 세균과 접촉한 부분의 혈액을 응고시켜버리는 것이다. 과연 자연계의 왕고참다운 면모라 아니할 수 없다. 투구게가 이처럼 과감한 면역 시스템을 가지고 있는 것은 그의 생체적 특징 때문이다.

포유류는 모세혈관이 몸 전체에 뻗어있으며 이를 이용해 혈액과 산소를 운반한다. 즉 혈액이 혈관 내에서만 순환하는데 이를 폐쇄 순환계(close ciculatory system)라고 한다. 그럼 당연히 이와 반대되는 순환계도 있을 터 혈액과 세포액간의 명확한 구분이 없는 것을 개방 순환계(open ciculatory system)라 하며 절지 동물과 연체 동물들이 이러한 시스템을 채택하고 있다. 폐쇄 순환계는 당연히 관으로만 혈액과 산소를 운반해야 하기 때문에 혈액의 흐름이 빠르다. 따라서 빠른 속도로 산소와 혈액을 공급해야 하는 부산스런 종들이 이런 폐쇄 순환계를 가지고 있다.

물론 순환계는 두 가지만 있는 것이 아니라 생물에 따라서 다양한 순환구조를 가지고 있다

투구게는 일부에서 혈액과 조직액이 섞이는 반폐쇄 순환계(semi-closed ciculatory system)를 가지고 있다. 투구게의 혈관은 동맥과 정맥이 직접 연결되어 있지 않다. 동맥에서 뿜어져 나온 혈액은 온몸을 돌아 아가미로 온다. 여기서 조직액과 섞이며 산소를 공급받아 심장으로 들어가는 순환구조이다. 하지만 그러다 보니 조직액이 바닷물과 맞닿고 있을 수밖에 없다. 수많은 생물들의 사체와 똥과 각질과 오줌 등등이 섞여있는 바다 속은 그람음성 균의 천국이라 할 수 있다. 그런 곳에서 이렇게 개방되어 있는 곳은 슬럼가를 향해 활짝 열려져 있는 현관문과도 같다. 어서 몸 안으로 들어오라고 문을 열어 놓았는데 그람음성 균이 정중히 거절할리 만무하지 않겠는가. 그래서 투구게는 요넘들을 효과적으로 물리칠 무기와 녀석들의 LPS(내독소)를 보다 민감하게 감지할 수 있는 레이더 시스템을 개발해야만 했다.

폐쇄 시스템을 가지고 있는 포유류는 세균이 침입하여 몸을 접수하려면 반드시 좁디 좁고 거미줄같이 얽혀있는 모세혈관을 거쳐야 한다. 동시에 면역 시스템이 발동하여 백혈구들이 몰려가 일선에서 린치를 가하는 시스템이며 이런 과정과 함께 체온을 올려서 세균에게 불지옥을 맛보게 해주는 것이다. 하지만 투구게는 포유류 만큼의 촘촘한 모세혈관도 없고 변온동물이라 체온으로 세균들을 태워 죽일 수도 없다. 그런데 하필 일부의 세포액은 외부로 열려있고 설상가상 심장과 가깝기도 하다. 그래서 투구게는 세균과 한 게임 뛰는데 시간을 질질 끌었다가 골로 갈 수 있기 때문에 좀더 과감하고 신속한 대응책이 필요했다.

투구게의 혈액에는 우리의 백혈구와 같은 항균 세포로 아메바 같이 생긴 유주세포(amoebocyte)가 있다. 이 세포들은 만능 일꾼들인데 상처 난 곳도 치료하고 소화 물질들을 옮기거나 저장하기도 한다. 이 세포 안에는 두 종류의 작은 알갱이들이 들어있는데 이 알갱이들은 응고인자(coagulogen)를 가지고 있다. 투구게의 면역체계는 LPS에 아주 민감한 유주세포를 이용해 세균의 그림자라도 보일라치면 재빨리 출동하여 세포 내 알갱이들을 방출하여 세균을 둘러싸고 응고시켜 움직임을 사전에 봉쇄해 버리는 것이다!

투구게의 면역 시스템

프레드 뱅 연구팀은 바로 투구게의 이 민감한 항균 시스템인 유주세포의 활용방안을 발견한 것이다. 투구게의 피에서 추출한 물질로 만든 LAL(Limulus Amebocyte Lysate)는 현재 각종 의약품의 오염여부를 검사하는데 쓰이고 있다. 이게 얼마나 정밀한지 미국의 모 제약회사 직원의 말에 다르면 올림픽 경기용 수영장에 떨어진 설탕 알갱이 하나를 감지할 수 있는 정도라고 한다. 실험결과도 45분 밖에 걸리지 않는다. 앞서 토끼(48시간)를 사용했던 상황을 생각해보면 마차에서 바로 KTX로의 진보인 것이다.

하지만 누군가의 행복은 다른 누군가의 불행이라고 했던가.ㅠ인류는 투구게의 혈액 때문에 목숨을 부지하게 되었지만 투구게와 투구게를 먹고 사는 생물들에겐 죽음의 그림자가 드리워지게 되었다. 그 결과 살아있는 화석이라는 생물학적 가치에도 불구하고 미국 동해안에서는 의료용으로 투구게를 포획하고 있다. 다행히 마구잡이로 포획하지는 않고 그 주의 규정에 따라 잡고 있지만 그럼에도 해마다50만 마리의 투구게가 포획되고 있다. 이렇게 잡힌 투구게는 30% 정도를 헌혈당하고 다시 방생된다. 문제는 이 과정에서 15~30%의 투구게가 죽는다는 점이다. 게다가 투구게의 수가 감소함에 따라 투구게의 알을 계절음식으로 애용하고 있었던 붉은가슴도요(red knot)의 수도 감소하고 있는 것으로 나타났다.

생물학자들은 투구게 수의 감소로 이로 인해 투구게의 알을 먹는 붉은가슴도요의 수도 감소한 것으로 판단하고 있다. 이에 따라 델라웨어, 메릴랜드, 뉴욕주는 포획할 수 있는 투구게의 수를 제한하였고 뉴저지 주는 투구게에게 손대지 말라며 남획을 중단시켰다. 이런 노력의 결과로 붉은가슴도요의 수는 매년 증가하고 있지만 여전히 20년 전의 개체수에는 훨씬 못미치는 실정이다.

이렇듯 투구게의 피는 인류 복지 증진에 있어서는 절대적으로 필요하지만 그로 인해 투구게의 요절과 붉은가슴도요의 기아로 이어지며 생태계를 파괴하는 딜레마에 빠져있는 실정이다. 그러나 최근 이와 같은 형국을 타파할 새로운 물질이 등장하였다. 프린스턴 대학교의 연구팀이 아프리카에 사는 발톱개구리의 피부에서 투구게의 피에 버금가는 물질을 발견한 것이다. 이 물질을 전자칩에 코팅함으로써 세균에 접촉할 경우 전기신호를 발생하도록 고안된 것이다. 만약 개발이 순조롭게 진행된다면 투구게의 어깨를 한층 가볍게 만들 수 있을뿐더러 붉은가슴도요의 식탁도 다시 풍요로워 질 수 있을 것으로 기대되고 있다.

물론 발톱 개구리는 또 다른 고통 .......아....눈물 좀 닦고......

가장 최선의 방안은 내독소를 감지할 수 있는 물질을 인공적으로 합성하는 것이겠지만 현실적으론 매우 어려울 것으로 보인다. 감지 물질이 단순한 화학물질이 아닌 하나의 시스템을 갖추고 있는 물질이기 때문이다. 즉, 나사나 망치 따위가 아니라 컴퓨터 같은 복잡하고 체계적인 시스템을 내제하고 있어야 한다. 과연 이것을 인공적으로 만들 수 있을지 회의적이긴 하지만 인류가 최근 100년간 이뤄낸 것을 보면 언젠가는 이뤄낼 수 있지 않을까 생각한다. 이런 소망은 인류 만큼이나 투구게 역시 절실히 원할 것이다