면역(免疫, immunity)

[백운]

@ 면역학

1. 개념 및 정의

1) 면역학의 의미

면역(免疫, immunity)이란,

신체 내에서 자신이라고 생각되는 것 이외의 것을 배척하고 없애거나 몸 밖으로 배출시키는 신체 작용을 이야기 한다.

라틴어로 면역을 뜻하는 immunis는 우리말로 ‘면제’를 뜻하며, 여기서 파생된 영어의 immunity는 감염질환으로부터

보호받는 상태를 이야기한다.

흔히 면역이라고 하면 홍역이나 수두, 볼거리와 같은 질환을 떠올리게 된다. 앞서 언급한 질환들은 한번 앓게 되면 다시 걸리는 일이 극히 드물기 때문에 이를 두고 흔히 ‘홍역에 면역이 생겼다.’ 등으로 표현한다. 즉 면역이란, 어떠한 질병에 감염되었을 때 이에 대한 정보를 몸이 기억함으로써 다시 그것에 감염되지 않는 몸의 체계이다.

우리 인체는 살면서 여러 가지 다양한 해(害)로부터 위협받는다.

그 중에서도 세균이나 바이러스와 같은 미생물의 침입은 인체에서도 매우 다양한 질병을 일으킨다.

이런 미생물들 이외에 공기 중의 유해 미세먼지의 경우에도 폐로 흡입되었을 때 이물질로 받아들여지고 배출하거나 없애야할 대상이 된다. 마찬가지로, 우리나라에서 사망원인 1위를 차지하고 있는 암은 각 인체에서 유래되기는 하였지만 변이(變異)가 일어난 세포이기 때문에 방어의 대상으로 인식하는 것이 면역이다.

​

2) 면역의 기능

면역계의 기능이 효율적으로 일어나기 위해서는, 수많은 다양한 세포들과 분자들이 유기적인 정보망에 의해 전신적(全身的)으로 작용해야만 한다. 그래야 외부의 침입자를 특이하게 인지하고 제거할 수 있다.

예를 들면, 우리는 예방접종을 보통 어깨 부위 근육에 맞는다. 우리 몸의 면역체계가 잘 연동되지 않는다면 접종 이후에 접종 부위 근처에만 효과가 국한되어 나타날 수도 있다. 하지만 실제로 접종의 효과를 온몸이 같이 공유하고 온몸이 방어력을 가질 수 있게 되는 것은 예방접종 후 얻어진 면역학적 정보가 전신에 효과적으로 공유되기 때문이다.

면역계에 의한 방어 기능은 인지 반응과 이에 따른 작동 반응(作動反應)으로 크게 나눌 수 있다.

면역학적 인지는 외부 침입자를 자기 성분과 다르게 구분하는 능력을 말한다. 간단하게 말하자면, 어떠한 이물질이 들어왔을 때 이 이물질이 아군인지 적군인지 정확하게 판단하는 반응인 것이다. 적군을 인지하는 능력에 문제가 있다면 인체에 유해한 세균 등이 침입해도 이를 인지하지 못해 감염에 노출될 것이고, 아군을 인지하는 능력에 문제가 있다면 문제가 없는 우리 몸의 세포인데 이를 적군으로 인지하여 잘못 공격하는 문제가 발생할 수도 있다.

우리 몸의 면역계는 일련의 특정 병원체군이 지닌 분자 수준의 미세한 모양까지도 신속하고 확고하게 구별하며, 병원체들 간의 미묘한 화학적 차이까지도 구별할 수 있다. 면역계는 이렇게 자기-비자기(self-nonself)를 구별할 뿐만 아니라, 암과 같은 자기 세포의 변화까지도 인지할 수 있다.

일반적으로 면역계가 침입한 병원체를 인지하면 침입 병원체를 제거하거나 중화시키는 작동 반응이 유발된다. 면역계를 이루는 다양한 구성 성분이 유기적으로 관여하여, 초기 인지 과정을 일련의 작동 반응으로 전환시킴으로써 적절하게 각각의 병원체를 제거할 수 있게 한다. 또한 특정 비자기의 침입에 노출되면 면역계는 재차 이 특정 비자기의 침입에 대해 신속하고 강력하게 반응하는데 이를 기억 반응(記憶反應)라 한다.

 

3) 면역계의 구분

면역계는 크게 선천면역과 후천면역(적응면역)으로 나뉘며, 두 면역계가 상호 협력하여 전체적인 면역반응을 이뤄낸다.

선천면역계는 외부 병원체 등의 위해 물질에 대한 방어를 위해 우리 몸에 날 때부터 구비가 되어있는 방어 시스템이라고 할 수 있다. 선천면역은 선천적으로 지닌 능력을 바탕으로 자기와 비자기를 구분하는데 특히 감염 초기에 효율적인 방어선으로 작용하며 대부분의 병원체를 빠른 시간 내에 인체에서 제거해내는 능력을 보여준다. 또한 이 과정에서 들어왔던 병원체에 대한 중요한 정보를 기억세포 등을 통해 면역계에 남겨놓아 후천면역이 발동할 수 있도록 정보를 전달한다.

후천면역은 이미 경험하여 기억하고 있는 외부 병원체에 대해 작용하는 면역체계로, 선천면역에 비해 빠르고 강하고 정확하게 외부 병원체에 반응하여 보다 효율적으로 병원체를 몸에서 제거할 수 있다. 후천면역은 선천면역 발현 후 일정 시간 이후에 면역 기억 과정을 거친 후 유발되며, 특히 선천면역에서 충분히 제거되지 않고 지속적으로 감염을 일으키는 병원체를 제거하는 데까지 포괄적으로 관여한다.

​

2. 면역학의 역사

역사적으로 면역기능을 처음 기술한 사람은 펠로폰네소스 전쟁을 기록한 역사학자인 투키디데스(Thucydides, BC 460~400)를 들 수 있다. 기원전 430년에 그리스 아테네에서 흑사병이 돌 때 흑사병 환자를 돌볼 수 있었던 사람은 흑사병을 앓다가 회복된 사람뿐이었다고 기술하고 있다. 이러한 초기의 면역반응에 대한 사실은 매우 획기적인 생각이었지만, 그 후 2000년이 지난 뒤에야 비로소 의학(醫學, medicine)에 접목되어 효율적인 치료 및 예방법으로 적용되기 시작하였다.

15세기 중국과 터키에서는 천연두에 대한 면역기능을 유도하기 위해서 천연두 환자의 고름물집에 생긴 건조한 딱지를 코로 흡입시키거나 피부를 절개한 후 접종하였다. 천연두는 당시 매우 치명적인 질병이었으며, 회복되어도 30% 이상 평생 흉터를 남기기 때문에 그 후유증이 만만치 않았는데, 이 마마 접종법(variolization-vacuolization)이 인류 역사상 최초의 백신 접종법(vaccination)이라고 할 수 있다.

1718년 콘스탄티노플의 영국대사 부인인 메리 워트리 몬터규 부인(Lady Mary Wortley Montague)이 자신의 아들에게 직접 마마 접종법을 시행하였으며, 이는 터키 원주민이 시행하는 마마 접종법의 효과를 목격하였기 때문이다.

1798년에는 영국 임상의 에드워드 제너(Edward Jenner, 1749~1823)가 발견한 것은, 심하지 않은 우두(牛痘)를 앓고 있는 목녀는 증상이 심한 천연두에 잘 걸리지 않는다는 사실이었다. 그는 이 사실에 근거하여 우두의 고름물집에서 얻은 액체를 8세 소년에게 접종하였다. 결국 이 소년은 천연두에 걸리지 않았고, 이는 근대 면역학(免疫學, Immunology)의 태동이 되었다.

이러한 에드워드 제너의 우두 접종에 의한 천연두 예방법은 전 유럽에 전파되었다. 그러나 이러한 예방법이 다른 감염질환의 예방에 적용된 것은 약 100년이 지난 후이며 루이스 파스퇴르(Louis Pasteur, 1822~1895)가 그 주인공이다. 그는 닭 콜레라를 일으키는 세균이라고 의심되는 세균 배양액을 다른 닭에게 접종하였을 때, 닭 콜레라가 다시금 일어나는지에 대해 실험을 하던 중에 여름휴가 때 방치한 오래된 세균 배양액을 닭에게 접종하면 일부에서 증상은 나타나더라도 죽지 않고 살아있는 닭이 있다는 것을 발견했다.

다시 이 닭에게 새로 배양한 세균 배양액을 접종하면 증상이 나타나지 않았고 닭 콜레라가 완전히 예방되어 살아남는 것을 관찰하였다. 루이스 파스퇴르는 병원체가 오래 배양되면 병독력(病毒力)이 약화되고, 이러한 약독화 균주(attenuated strain)는 감염질환을 예방할 수 있다고 주장하였다. 이 약독화 균주를 명명할 때, 에드워드 제너의 우두 접종법을 기리는 마음으로 백신¹⁾이라 하였다.

브뤼셀 대학교 교수인 쥘 보르데 박사님께 노벨 생리·의학상을 수여하기로 결정하였습니다.

질병을 앓고 나면 그 병에 대한 저항성이 커지며, 그 질병에 다시 걸리지 않게 된다는 것은 고대 이래로 잘 알려져 있는 사실입니다. 이런 경험적 사실은 일찍부터 알려져 있었으며, 전염병이 유행하는 경우에 환자들을 돌보고 사체를 처리하는 것과 같은 전염의 위험이 있는 일은 이미 이 병을 앓은 사람들이 맡는 것이 좋다는 것도 알고 있었습니다.

사람들은 질병에 대한 감수성을 없애기 위해서 의도적으로 질병을 앓는 방법을 고안해 보기도 했습니다. 그러나 이와 같은 시도가 항상 성공하는 것은 아니었습니다. 이와 같은 질병에 대한 무감수성을 ‘면역’이라고 하며, 이것은 조세의 면제를 의미하는 immunitas라는 라틴어에서 유래된 말입니다.

그러나 면역의 성격에 대해서는 명확히 아는 것이 없었으며, 이를 실험적으로 연구하는 방법도 없었습니다. 무엇보다 알려져 있는 병원성 물질이 없었기 때문에, 인위적으로 면역을 유도할 수 있는 방법이 없었습니다. 병원성 미생물의 발견은 이러한 문제점을 해결해 주었습니다. 하지만 면역의 실험적 연구 방법을 처음 제시한 사람은 파스퇴르 박사님이었습니다.

그의 실험은 가금류(닭) 콜레라에 대한 것이었습니다. 파스퇴르는 병원력을 약화시킨 닭 콜레라균을 배양하고 이 균을 닭에게 주입하였습니다. 그 결과 닭은 아프기는 했지만, 죽지는 않았습니다. 박테리아의 공격을 이겨낸 닭은 닭 콜레라 세균에 감염됨으로써 방어력(면역성)을 획득했다는 것을 알 수 있었습니다.

그 이후 많은 과학자들이 여러 면역 방법을 개발하였습니다. 그들은 매우 열정적으로 면역에 관해 연구하였으며, 또한 면역에 관한 의학적 성과들은 매우 중요한 의미를 갖고 있었습니다. 왕립 카롤린스카 연구소가 결정한 첫 노벨상 수상자들 또한 면역에 관한 연구자들이었습니다.

사실 베링 박사님은 디프테리아나 파상풍에 대한 면역은 동물의 몸 안에서 그 질병의 병원균이 만든 무해한(중화된) 독소에 의해 형성된다고 주장하였습니다. 이러한 이유로 이 물체를 항독소라고 하였고, 이렇게 형성된 면역을 항독소 면역이라 하였습니다.

또한 베링 박사님은 이 항독소가 다른 동물에 투여되어도 독소 작용을 예방하고 억제하는 효과를 그대로 유지하는 것을 발견하였습니다. 실제로 사람에게 매우 위협적인 질병인 디프테리아를 예방하고 치료하는 데 항디프테리아 혈청이 이용되었으며, 면역된 말에서 얻은 이 혈청은 디프테리아 항독소를 풍부하게 갖고 있었습니다.

면역된 동물의 체액은 항독성 성질을 나타내지 않은 반면에 그 혈청은 문제의 감염에 매우 강력한 효과를 보이는 경우도 있었습니다. 이와 같은 현상은 파이퍼 박사가 설명하였습니다. 그는 콜레라균으로 면역시킨 기니피그의 복강에 있는 콜레라 비브리오균이 운동성을 상실하고,

변화하여 결국 사라지게 되는 것을 관찰하였습니다. 정상적으로 면역되지 않은 기니피그의 복강으로 콜레라 비브리오균의 면역혈청을 주입하였을 때도 똑같은 현상이 나타났습니다. 하지만 면역혈청이 존재하지 않는 경우에는 비브리오균이 성장하여 숙주동물을 죽게 했습니다.

다른 한편으로는 면역혈청이 콜레라 비브리오균이 만든 어떤 독소에도 전혀 효과를 나타내지 않는 것을 관찰할 수 있었습니다. 그러므로 이때 형성된 면역은 디프테리아나 파상풍에서 얻은 면역과는 전혀 다르다는 것을 알 수 있습니다. 콜레라균의 감염에서 저항성의 강도는 면역된 동물이 콜레라 비브리오균을 죽이고 억제하는 능력을 획득하였는가에 따라 달라집니다.

이러한 이유로 이와 같은 종류의 면역을 ‘용균면역’이라 하며, 부르며, 이 항체를 용균항체로 명명하였습니다. 파이퍼 박사는 동물의 몸 외부에서는 이 항체의 멸균효과를 전혀 관찰할 수 없었습니다. 하지만 이 항체는 동물의 몸 안으로 들어가면 강한 효과를 나타냈습니다. 따라서 그는 이 항체가 동물의 몸 안으로 들어가면서 어떤 능동적인 매개체로 변화하는 것이라고 생각했습니다.

이 현상을 설명한 사람이 바로 보르데 박사입니다. 그는 콜레라균의 신선한 면역혈청이 시험관 안에서도 살균 작용을 할 수 있다는 것을 최초로 증명하였습니다. 하지만 보존제를 처리하거나 또는 섭씨 56도에서 짧은 시간 동안 가열하면 항체의 작용은 사라집니다. 그러나 정상적인 동물로부터 얻은 가열하지 않은 신선한 혈청을 소량만 첨가해도 항체의 작용은 회복되었습니다.

보르데 박사님은 항체가 비브리오균을 살균 과정, 즉 박테리아가 분해되는 용균과정은 두 물체의 상호작용으로 일어난다고 했습니다. 이 중 하나는 면역된 동물의 혈청에 존재하는 면역항체로 이 물질은 박테리아를 분해할 수 있는 열에 안정한 물질입니다.

또 다른 하나는 정상적인 동물에 이미 존재하는 물질입니다. 이것은 열에 안정하지도, 보존되지도 않으며 면역 과정에서 증가하지도 않는 물질이었습니다. 보르데 박사님은 이 두 번째 물체가 정상적인 혈청에 존재하는 용균물질과 동일하다고 판단했습니다. 부흐너 박사님은 이 물질을 ‘알렉신’이라고 명명하였습니다. 일반적으로는 이 물질을 보체(complement)라고 부릅니다.

그러므로 면역혈청에 의한 용균 과정은 면역 과정에서 형성된 어떤 물질(용균성 항체)과 정상적인 혈청에는 존재하는, 하지만 면역의 영향을 받지 않는 물질(알렉신 또는 보체)과의 상호작용으로 이루어진다는 것을 알 수 있습니다.

처음에는 동물을 면역화하고 그 과정을 연구하기 위해서 박테리아 세균을 동물 질병의 자연적 치료 방법으로 사용하였습니다. 여러 종류의 이종세포를 유기체로 도입한 결과를 최초로 시험한 사람도 보르데 박사님이었습니다. 그는 기니피그에 토끼의 혈액을 주사하였습니다.

이와 같은 경우 알렉신이나 보체의 존재 아래 기니피그의 항체가 형성되었고 이것이 토끼의 적혈구를 파괴하였습니다. 하지만 이 항체는 다른 동물의 적혈구는 파괴하지 않았습니다. 이 발표가 있은 후 여러 곳에서 이와 비슷한 결과가 잇달아 나오기 시작했습니다.

콜레라 비브리오균을 주입한 후에 항체가 형성되는 것처럼 동물에게 적혈구를 주입하면 특이적 항체가 형성된다는 보르데 박사님의 발견은 매우 중요한 의미를 갖습니다. 특히 이런 반응이 일반적인 생물학적 현상이었기 때문에 더욱 중요했습니다. 뿐만 아니라 그 후에도 실험동물에 이질적인 수많은 세포들을 이용하여 비슷한 결과들을 얻었습니다.

이 발견으로부터 보르데 박사님은 면역과 관련된 또 다른 연구 업적을 이룰 수 있었으며, 그 결과 이 발견은 보다 근본적인 가치를 인정받게 되었습니다. 하지만 항체의 성질을 연구하기 위한 박테리아 세균의 사용은 많은 결점이 있습니다.

박테리아 세균은 매우 빠르게 번식하는 생물체입니다. 따라서 살아있는 박테리아 세균을 사용하는 모든 실험에서 주입된 실험물질, 즉 박테리아가 항상 일정하게 유지되는지는 아무도 장담할 수 없었습니다. 때문에 이 실험은 항상 위험을 안고 있었으며 그 양을 측정하기 위해서는 또 다른 많은 작업이 필요했습니다.

하지만 적혈구로 하는 실험에서는 이러한 결점은 없었습니다. 실험이 오래 지속된다고 해도 적혈구의 양은 항상 일정하게 남아 있었습니다. 게다가 적혈구에 있는 붉은색 색소는 이런 연구에 매우 편리한 시약이 되었습니다.

용혈성 항체의 작용은 이 색소와 직접 비례하기 때문에 파괴된 적혈구로부터 주변으로 녹아든 이 색소의 양을 비색방법으로 쉽게 측정할 수 있었고 이로써 이 항체의 작용을 추정할 수 있었습니다. 따라서 우리는 용혈성 혈청의 작용으로 박테리아에 의한 질병과 이에 대한 면역반응을 알게 되었습니다. 측정된 성질이 박테리아나 그 혈청에 똑같이 모두 해당되는지 알기 위한 시도는 이후에나 가능한 일이었습니다.

보르데 박사님의 수많은 업적 중에서, 매우 중요한 의미를 갖는 한 가지만 말씀드리겠습니다. 1900년에 그는 면역 유도에 사용된 물질이 특이 항체의 도움을 받아 알렉신 또는 보체를 고정한다고 주장하였습니다. 이때, 세 가지 물질이 적절한 비율로 존재하게 되면 보체는 이 혼합액에서 완전히 사라진다고 하였습니다.

이듬해에 그는 장구 박사와 함께 모든 면역화 과정에서는 보체를 흡수할 수 있는 특이 항체가 형성된다는 것을 증명하였습니다. 질병에 걸리면 병원균에 아주 특이적인 항체가 나타납니다. 그러므로 알려져 있는 미생물을 이용한 보체 고정은 이 질병의 실질적인 특징을 결정하는 데 이용될 수 있습니다.

실제로 바서만 박사와 부룩 박사는 보체 고정을 기반으로 매독 진단을 위한 특별한 반응을 찾는 실험을 시작하였고, 이 실험은 아주 성공적이었습니다. 이 바서만 시험법은 다른 보체 고정화 반응과는 다소 다른 부분도 있지만 이 반응이 보체 고정화 반응이라는 것과 보르데 박사님의 발견을 근거로 한다는 것은 사실입니다. 이것은 인류에게 가장 무서운 질병 중의 하나인 매독과 맞설 수 있는 새로운 무기가 되어 주었습니다. 이로써 보르데 박사님의 발견은 인류를 위한 가장 유용한 발견으로 평가받게 되었습니다.

노벨 생리·의학상 수상자인 보르데 교수