백신과 천연두의 역사

[에스라]

백신의 선구자, 에드워드 제너(Edward Jenner)ㅡ 백신과 천연두의 역사

날씨가 선선해지니 독감예방주사 맞으라는 통지서가 날라 왔다. 감기는 평생을 달고 살아, 겨울이면 보통 몇 달씩 고생을 해왔는데, 10여 년 전  독감예방주사를 맞기 시작한 후 부터는 감기에 걸려도 가볍게 앓고 끝난다. 

인류의 역사상 가장 위대한 발견중의 하나가,  치명적인 전염병으로부터 수많은 목숨을 구하여 인간의 수명연장에 크게 기여한 백신의 발견이다. 가령, 내가 초등학교 다닐 때만 해도 천연두는 무서운 전염병이어서 우두 예방접종을 하였고, 천연두ㅡ마마, 또는 두창이라고도 불림ㅡ의 후유증으로 얼굴이 곰보자국으로 얽은 사람들이 많았었다. 일제 강점기 때 통계자료에 의하면, 1923~1939년까지 조선에서 천연두 환자의 치사율은 24.3%인데, 그중 10세 미만의 아동이 전체 사망자의 75.3%를 차지하였다고 하니, 특히 영유아의 사망에  큰 원인이 되었음을 알 수 있다. 그런데, 선사시대 때부터 인류의 크나큰 재앙이었던 그 천연두가 백신 때문에 세상에서 근절되었다고 1980년 WHO가 공식적으로 선언하였다.

가히 근대의술의 기적이라고 할 만한 백신과 백신의 선구자 제너(사진참조) 그리고 천연두의 역사를 살펴본다.

면역체계와 백신의 의미:

신체는 정교한 소우주라고 할 만하여, 외부 침입자로 부터 우리의 몸을 보호하는 면역체계(immune system)라고 불리는 방어시스템이 잘 되어 있어, 박테리아나 바이러스에 대항하여 3층의 방어진지를 구축하고 있다. 첫 번째 방어진은 피부와 입이나 코 같은, 몸 안으로 통하는 통로의 내벽 즉 점막에 의한 물리적 장벽으로, 우리는 항상 바이러스나 박테리아에 둘러 싸여 있지만, 대부분이 우리 몸 안으로 들어오지 못하게 되는 것은 이들 때문이다. 두 번째 방어선은 불특정 면역반응으로, 붓는다거나 빨갛게 충혈 되거나 통증과 같은, 위협의 정체가 무엇인지에 의존하지 않는 반응을 말한다. 특정한 면역 세포가 위험에 처해있는 장소에 즉시 달려와서, 공격하는 박테리아를 집어삼키며 방어하다 죽으면, 그들 시체는 고름으로 쌓이게 된다. 원시동물까지도 이러한 불특정 면역반응을 갖고 있지만, 그러나 고등동물이나 인간들은 한 가지 더, 세번째 방어진으로 매우 강력한  면역반응을 갖고 있어서, 몸에서 항체를 생산해낸다.

항체란 특정한 박테리아나 바이러스를 인식하는 단백질로, 이들에 달라붙어 다른 면역세포들에게 신속한 중화반응이 필요하다는 신호를 보낸다. 각 항체는 특정한 박테리아나 바이러스의 특정한 자리에 결합한다. 우리는 이러한 항체를 갖고 태어나지는 않지만, 위험에 처했을 때 그에 대한 대처반응으로 항체를 만든다. 예를 들면, 우리는 수두에 대한 항체를 가지고 태어나지는 않지만, 수두바이러스에 노출되었을 때, 시간이 걸리지만, 점진적으로 이의 공격을 막아낼 수 있는 충분한 항체를 만든다.

그러나 불행하게도 우리는 언제나 필요한 만큼의 시간을 갖고 있지는 않아서, 예를 들면 우리 몸이 천연두에 대한 항체를 만들 수는 있지만, 많은 사람들은 병을 막아 낼만한 충분한 항체가 만들어지기 전에 바이러스에 압도당하여 죽게 된다. 만일 항체를 충분히 만들어내어 이 죽음의 경주에서 이겨 살아 남는다면, 이제 영원히 천연두로부터 보호받게 되는데, 그것은 우리의 면역체계가 천연두 바이러스에 대한 특정한 항체를 만들 수 있는 능력을 유지하게 되기 때문이다. 처음에 바이러스에 노출될 때는 천연두 항체를 만들어내는데 여러 날이 걸리지만, 두 번째 노출에서는 항체를 신속하고 대량으로 만들어내서,  병에 걸리지 않도록 막아준다.

따라서 실제로 병에 걸리지 않으면서 몸을 방어해 주는 항체를 만들어 내자고 하는 것이 백신을 만들려는 목적이 되겠다. 바이러스(또는 박테리아)에 대한 항체를 만들기 위해서는 몸이 바이러스에 직접 노출되어야 하는데, 그러나 바이러스가 반듯이 기능을 작동하지는 않아도 돼서, 인체가 안전하도록 독성을 약화시킨 바이러스(live attenuated virus)나 또는 죽은 바이러스(inactivated virus)를 가지고도 몸에 면역반응을 만들어 낼 수 있다. 즉 백신은 외부에서 공격하는 병균인 것처럼 모방을 하여 우리 몸의 면역체계를 속여 병균에 대한 방어진을 구축하도록 활성화시키는 역할을 한다.

백신의 메커니즘:

병을 일으키는 병원균(Pathogen)이 몸에 침입하여 들어오면 면역시스템의  대부분의 일은,  특별한 방법으로 병균들과 싸우도록 고안된 다양한 세포들의 군대가 수행한다. 침입하는 병원균은 처음에 대식세포[macrophage, 大食細胞]라 불리는 백혈구를 포함하는 군대의 선봉장과 만나게 되며, 대식세포는 먹을 수 있는 만큼 많은 병원균을 먹어치운다. 그렇다면 대식세포들이 어떻게 병원균을 인식할 수 있는가 하는 문제는, 체내에 병원균이 침입한 경우 병원균에 있는 항원(抗原, antigen)이라고 불리는 분자가 특이적으로 면역응답을 유발하기 때문에 가능하다. 

대식세포들은 항원(antigen)만 남겨놓고 병원균의 대부분을 소화한 다음, 림프절 (Lymph nodes)로 항원을 가져가 밖으로 토해내 전시함으로써, 림프구(lymphocyte)라고 불리는 특별한 방어 임무를 맡고 있는 백혈구가 알아차릴 수 있도록 경고음을 발한다. 림프구에는 T림프구와 B림프구라는 중요한 두 가지 종류가 있는데, 둘 다 감염되는 것을 막기 위해 자신들의 역할을 다해 싸운다.  T세포는 방어적 또는 공격적인 역할을 수행한다. 세포독성의 T세포, 또는 킬러(killer) T세포라고도 부르는 공격적인 T세포는 병원균을 직접 공격하는 것은 아니지만, 이미 감염된 인체세포를 제거하기 위하여 화학적 무기를 사용하는데, 이들은 병원균의 항원에 노출되어  이미 프로그램이 되어 있어서, 병원균이 잠복해 있는 병에 걸려있는 세포를 감지할 수 있다. 이 킬러 T세포는 병든 세포에 달라붙어 화학약품을 방출하여 안에 잠복해 있는 병원균을 죽인다. 한편  헬퍼(helper) T세포라고 불리는 방어하는 T세포는 다른 면역체계 세포들의 활동을 지휘하는 화학적 신호를 분비함으로써 신체를 방어한다.  즉  헬퍼 T세포는 킬러 T세포를 활성화하는데 도움을 주거나 또는 B세포를 활성화 시키거나 B세포와 긴밀하게 협력한다. T세포에 의해서 행해진 일을 세포성 또는 세포매개성 면역반응이라고 부른다.

B세포는 항체라고 부르는 극도로 중요한 분자 병기를 만들고 분비한다.  항체는 처음에 병원균의 항원을 붙잡아서 병원균에 달라붙어 덮어버린다. 항체와 항원은 마치 조각그림 맞추기의 조각들처럼 꼭 맞게 되어 있어, 한 항체는 보통 한 개의 항원과 서로 결합한다. 그래서 면역시스템은 어떤 외부 침략자에 대항하여 싸울 수 있는 준비를 위하여 서로 다른 항체를 수백만 개  또는 아마도 수십억 개를 공급하도록 유지한다. 이와 같은 작업은 새로운 B세포를 끊임없이 만들어 냄으로써 이루어지며, 차 스푼으로 하나정도의 인간혈액엔 대략 5000만개의 B세포가 순환하고 있어, 거의 모든 각각의 B 세포는 무작위적인 유전자의 섞음(shuffling)으로 독특한 항체를 만들어 낸다. 이 B세포가 짝이 맞는 병원균의 항원과 만나게 되면, B세포는 형질세포(plasma 세포)라고 불리는 많은 더 큰 세포들로 나누어지도록 자극을 받는데, 형질세포는 병원균에 결합할 항체를 대량으로 분비한다.

B세포에 의해 분비된 항체는 몸속을 순환하다가 아직 어떤 세포도 감염시키지 않은 채, 혈액속이나 세포사이들 공간에 숨어있던 병원균을 공격한다. 항체가 병원균에 모여들면, 병원균은 꼼작 못하고 있게 되는데, 이때 항체는 대식세포나 다른 방어세포들에게 병원균을 잡아먹도록 신호를 보낸다. B세포의 이러한 작업을 체액성 면역반응 또는 간단히 항체반응이라고 부른다. 대부분의 백신의 목표는 이러한 반응을 고무시키는 것으로, 사실상 많은 감염성 병원균은 킬러 T세포의 도움 없이도, 항체만으로 패배시킬 수 있다.

T세포와 항체가 병원균이 재생되는 것보다도  더 빠른 속도로 제거하기 시작하면, 바이러스는 몸속에서 점차적으로 사라지게 된다. 신체가 병을 이기고 난후, 병원균과 싸우던 일부 B세포와 T 세포는 메모리 세포로 전환된다. 병원균에 또 다시 노출되어 필요할 때엔, 메모리 B세포는 형질세포로 나누어져 항체를 생산하게 되고 메모리 T세포도 나누어져 병균과 싸우는 군대로 자라게 된다.

백신이란, 자연감염처럼 모방하여 면역체계를 가동시키는 것으로 인간의 대식세포 같은 항원표출세포(antigen-presenting cell)는 백신바이러스가 약하게 되었는지 또는 죽었는지 알 수 없으므로 이들을 위험한 것으로 생각하고 집어 삼키게 되며, 위에서 설명한 일련의 반응으로 메모리 T세포와 B세포가 만들어져, 공격하여올 병원균에 미리 대비할 수 있게 한다.  다음 모식도에 위에서 설명한 백신의 메커니즘을 나타내었다.

 

백신의 역사:

인류가 처음으로 백신의 원리를 발견한 역사적인 기록은 기원전 429년, 그리스의 역사학자 투기디데스(Tuchydides)로서, 그는 아테네에서 천연두에 걸렸다가 회복된 사람은 다시는 이병에 걸리지 않는다고 기록하였다.  

고대 중국에서는 AD 900년 경에 인두접종(人痘接種法, variolation)이라고 부르는 예방접종의 원시적인 형태를 발견하여 처음으로 사용하였으며,  아마도 이르게는 10세기경, 그리고 특히 14세기와 17세기 사이에  인두접종이 행하여졌는데, 천연두에 걸린 환자의 고름을 채취하여 분말로 만들어 코나 피부를 통하여 건강한 사람에게 접종함으로써 천연두를 예방하고자 하였다. 결국 이 인두접종법은 터키를 거쳐 18세기 초에 영국에 도착하였다. 그 당시, 천연두는 가장 전염성이 강한 병으로 사망률이 20%에 이르렀는데 그에비하여, 인두접종을 한 사람들은 사망률이 훨씬 낮았다. 그러나 독성이 강하여 가끔 건강한 사람도 병에걸려 사망하는 부작용이 일어났다.

1796년 영국의사 제너(Edward Jenner)가, 근대적인 형태의 우두(牛痘)접종을 발견하고 이 백신이 효과가 있다는 것을 과학계에  증명하였다. 우두접종에 대한 지지가 늘어나서 제너는 정부지원금을 받아 1803년에 왕립 제너 기관을 세웠으며, 백신접종은 유럽전체에 이어 나중에 미국까지 전파되었다. 우두접종은 많은 사람들에게는 크게 환영을 받았지만, 예방접종이 많이 보급되어 갈수록 이에 격렬하게 반대하는 사람들이 있었다. 특히 예방접종이 의무화되자 종교적, 정치적 이유뿐만이 아니라, 시민의 자유를 뺏어간다고 1870년, 예방접종에 대한 격렬한 반대 시위가 일어났다.

1880년, 프랑스의 파스퇴르(Louis Pasteur)가 백신을 더욱 발전시켜 광견병에 대한 백신을 개발하였다. 면역학이 발달함에 따라 과학자들은 어떻게 질병이 일어나는가를 이해하게 되고 따라서 다른 백신들이 만들어졌다.

1890년 독일의 생리학자 베링(Emil von Behring)은 1890년에  디프테리아 백신, 1905년에 파상풍 백신을 개발하였고, 최초로 1901년 노벨 생리/의학상을 수상하였다. 1920년 말에는 디프테리아, 파상풍, 백일해, 결핵에 대한 백신들을 사람들이 모두 구할 수 있게 되었으며, 예방접종이 전 세계적으로 전파되어 이 전염병들에 의한 사망자수를  대폭 감소시켰다.

1955년에는 처음으로 소아마비 예방접종이  영국에 도입되었다. 예방 접종후, 소아마비에 걸리는 경우가 극적으로 감소하여, 아주 지극히 드물게 일어나 소아마비 바이러스가 거의 지구상에서 근절되었다. 1956년에는 WHO는 지구상에서 천연두를 근절시키기 위한 대책의 일환으로 최초로 예방접종을 전 세계적으로 확대 실시하여, 세계보건기구는 마침내 1980년 천연두가 지구상에서 완전히 퇴치되었다고 발표하였다. 이것은 의술의 역사에서 가장 혁혁한 업적중의 하나로 기록된다.

독일의 바이러스 학자, 하우젠( Harald zur Hausen)은 자궁경부암이 HPV(human Papiiioma virus)에 의하여 일어난다는 것을 증명하여, 과학자들이 자궁경부암에 대한 백신을 개발할 수 있는 길을 열어 놓은 공로로 2008년 노벨 생리·의학상을 수상하였다. 이제는 HPV 백신이 개발되어  광범위하게 보급되어 있어 쉽게 구할 수 있으며, 영국에서는 2008년부터 여성들에게 자궁경부암 예방주사 접종 프로그램을 시작하였다.

   제너와 천연두:

천연두의 기원은 선사시대에 시작되어 북동부 아프리카에서 처음으로 농업이 정착되었던 대략 10,000 BC 경  나타난 것으로 알려져 있으며, 그곳에서 고대 이집트 상인들에 의해 인도로 퍼져간 것 같다. 천연두와 닮아있는 피부병변의 최초의 증거는 이집트의 파라오 람세스 V(Ramses V,  BC 1156년 사망)의 미이라로 된 얼굴에서 발견되었다. 같은 시기에 고대 아시아 문명권에서도 천연두가 보고되어, BC 1,112년 경 중국에서도 천연두가 묘사되었고, 인도에서는 산스크리트 텍스트에도 언급되어 있다.

천연두는 유럽에 5세기부터 7세기 사이에 퍼져서, 중세기에는 자주 천연두 전염병이 돌아 서양문명의 발달에 상당한 영향을 끼쳤다. 로마제국이 쇠퇴해가는 첫 번째 단계는 대규모의 전염병이 발생한 시기와 일치하여, 안토닌 전염병(Plague of Antonine)은 거의 7백만 명의 사망자를 내었다. 아랍의 팽창, 십자군 전쟁, 그리고 서인도의 발견 등이 모두 이 전염병이 확산되는 것에 기여하였다.

아메리카 신대륙에는 알려져 있지 않았던 천연두는, 스페인과 폴튜갈의 정복자들에 의해 전해져서, 이 전염병이 원주민 인구를 격감하게 만들어, 아즈텍과 잉카제국의 멸망을 가져오는 중요한 역할을 하였다. 마찬가지로  북아메리카의 동쪽 해안에서도 초기 이주민들에 의하여 퍼진 천연두에 의해, 인디안 원주민들의 많은 인구감소를 가져왔다. 이러한 천연두의 굉장한 파괴력이 생물학적인 전쟁전의 첫 예를 만든것이다.  프랑스-인디언과의 전쟁에서 영국군 사령관 애머스트(Jeffery Amherst)는 영국에 적대적인 미국 인디언들의 인구를 감소시키기 위하여 고의적인 천연두사용을 제안하였다. 미국에서 천연두 전염병 발생에 기여한 또 다른 요인은 노예매매로 천연두가 유행하고 있는 지역의 아프리카에서 온 많은 노예들 때문이다. 천연두는 사회의 모든 계층에 다 영향을 미쳐서, 18세기 유럽에서는 해마다 40만 명이 천연두로 사망하였고 살아남은 사람들의 1/3이 실명하였다. 

18세기 영국에서 "구멍이 푹 파여진 괴물" 이라고 알려진 천연두증상의 후유증은 치명적이었고, 치사율은 20%에서 60%에 이르렀으며, 살아남은 대부분의 생존자의 얼굴에 보기흉한 곰보자국을 남겼다.  1800년대 후반, 런던에서의 영아치사율은 80%에 달하였고 베를린에서는 90%에 달하였다. 세계보건기구(WHO)는 1967년  한해에 천오백만명이 천연두에 걸려 그중 2백만명이 사망하였다고 추정하였으며, 20세기동안 천연두로 인한 사망은 3억~5억 명에 달한다고 추정하였다.

 

천연두에 대한 원시적인 형태의 백신은 상당히 오랫동안 알려져 왔고 또 사용되어져서  영국인 의사 제너 (Edward Jenner)는 우두(牛痘)감염이 천연두에 대한 면역을 가져온다고 처음으로 제안한 사람도 아니었고, 더구나 이를 목적으로 우두(牛痘)접종을 처음으로 시도한 사람도 아니었다.  사실상, 천연두치료에 우두를 사용하는것은 낙농업이 주된 주에서는  시골 의사들 사이에서 널리 알려져 있었다. 그러나 제너(Edward Jenner)는 그의 지치지 않는 우두접종에 대한 홍보와 헌신적인 과학적 연구ㅡ관찰, 가정, 실험, 결론ㅡ로 면역학의 기초를 닦은 면역학의 아버지로 세계에 널리 알려지게 되었다.  비교적 약한 병인 우두(牛痘)에 감염되었던 젖짜는 여인들은 위협적이고 치명적인 천연두에 걸리지 않는다는-관찰- 이야기가 시골사람들 사이에서 전해져 내려오고 있었다.

이 이야기로부터 과학적인 가정을 세우고  자신의 이론을 시험하기 위하여 제너는 1796년, 젖짜는 소녀가 우두(cowpox)에 감염되자, 그녀의 농포에서 채취한 고름을 자신의 집 정원사의 여덟 살 난 아들, 핍스(James Phipps)의 팔에 접종하였다. 그 후  6주후에 제너는 핍스에게 천연두 환자의 물집을 접종하였지만, 면역이 생긴 핍스가 천연두에 걸리지 않은것을 입증할 수 있었다. 그는 자신의 실험결과를 설명하는 논문을 1797년 왕립학회에 제출하였으나, 당시에 그의 아이디어는 너무 혁명적이어서 더 많은 증거가 필요하다고 거절당하였다. 그러나  제너는 이에 굴하지 않고, 자신의 11개월 된 아들을 포함한 여러 명의 아이들에게 실험을 더 하여 마침내 1798년 그의 논문은 출판되었다. 제너는 백신(Vaccine)이라는 단어를 라틴말로 소(Vacca)라는 단어에서 따와  처음으로 사용하였다. 제너는 상당히 많은 사람들로부터  비난과 조롱을 당하였고, 특히 성직자들로 부터 병든 짐승의 분비물을 사람들한테 접종한다는 것은 혐오스럽고 신을 섬기지 않는 사악한 일이라고 비난을 받았다.

1802년의  예방접종을 반대하는 풍자만화에는 우두접종을 받은 사람들의 머리나 신체 여러부위에서 소가 자라나고 있는것을 보여주고 있다. 종교적, 정치적, 또는 부작용 등의 이유로 반대하는 사람들이 상당히 있었지만, 결국은 백신접종의 분명한 장점과  병으로부터의 보호를 알게 된 사람들로 백신은 광범위하게 받아들여졌다. 결과적으로 제너는 근대적 의미의 예방접종을 시행함으로써, 수많은 생명을 구하였고, 마침내 지구상에서 천연두가 근절되는 결과를 가져오게 만들었다.