바이러스 Part 19

[K김상수(인천)]

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바이러스 Part 19

그림 1. 프랑스의 개기일식. 태양이 수평선 위에 있는 것은 직사광선을 받기 위한 필요조건이다. 그러나 일식 의 경우 달이 그림자를 드리울 수 있으므로 이는 충분조건은 될 수 없다.  출처 :  https://en.wikipedia.org/wiki/Necessity_and_sufficiency#/media/File:Solar_eclipse_1999_4.jpg

1. Louis Pasteur

1552년, 영국 케임브리지 대학(University of Cambridge)1)의 구성 대학 중 가장 부유한 대학인 곤빌 앤 카이우스 칼리지(Gonville and Caius College)2)의 재설립자이자 내과 의사였던 존 카이우스(John Caius)3)는 에세이 “Sweating sickness(발한병(發汗病))”4)5)에서 마치 미래에 대한 예언과도 같은 날카로운 말을 남겼다.

“특별한 사건이 몸에서 먼저 벌어지지 않는다면, 인간의 몸은 부패한 물질이나 감염성 원인으로 인해 손상을 입을 수 없다. 만약 이것이 성립하지 않는다면, 한 사람이 아프면 모든 사람이 아플 것이다.”

"Our bodies cannot ... be hurt by corrupt and infective causes, except there be in them a certain matter apt ... to receive it, else if one were sick, all should be sick."6)

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루이 파스퇴르(Louis Pasteur)7)와 로베르트 코흐(Robert Koch)8)의 미생물 원인설(germ theory)’9)이 2천여 년 이상 과학과 의학을 지배해 온 자연발생설(Spontaneous generation)10)과 미아즈마 이론(Miasma theory)11)을 종식하고, 3백여 년간 지루하게 이어진 논쟁에 종지부를 찍은 것은 의학 역사상 유례없는 혁명적 사건이었다.12) 그러나 이 이론 또한 완벽하지는 못했기에 새 이론의 등장은 과거 논쟁의 끝이자 동시에 새로운 논쟁의 시작을 의미했다.13)

질병의 원인에 있어 숙주의 내부 환경이나 생리적 항상성 유지에 무게를 두었던 앙투안 베샹(Antoine Béchamp)14)과 클로드 베르나르(Claude Bernard)15)의 토양 이론(terrain theory)16)은 병원체 중심의 미생물 원인설과 상충(相衝)할 수밖에 없었다. 또한, 질병의 예방에 있어 공중보건위생(Sanitation)17)을 중시했던 병리학의 아버지 루돌프 비르효(Rudolf Virchow)18)도 베샹의 편에 섰으며, 미생물 원인설의 수용이 공중보건의 개선과 연결될 것으로 기대하지 않았다.19)20)

후대 사람들은 파스퇴르가 질병의 원인으로서의 미생물에만 집중하고 베샹이나 베르나르가 중시했던 숙주의 상태나 환경 요인을 무시했던 것처럼 생각하지만21) 이는 사실과 다르다. 미생물 원인설은 공기 중을 떠다니는 미생물이 유기체에 생물학적 반응을 일으켜 질병의 원인이 될 수 있다는 이론이다. 그리고 파스퇴르는 그러한 미생물이 실제로 공기 중에 존재함을 실험으로 증명했다.22)23) 그런 그가 공기 중 미생물이 누구에게나 질병을 유발한다는 주장을 고집한다면 어떻게 될까?

존 카이우스의 말처럼 어떤 지역에서 미생물에 의한 감염병 환자가 단 한 명이라도 발생한다면 그 지역 사람은 모두 같은 미생물에 감염되어 똑같이 아파야 한다. 또한 감염성 질환자가 아무도 없는 지역이 있다면 그 지역 공기에는 병원성 미생물이 존재하지 않아야 한다. 그러나 이런 일은 현실에서 일어날 수 없다. 공기 중 미생물이 있는 지역과 그렇지 않은 지역의 경계가 분명히 나뉘지 않을뿐더러, 같은 공기를 마시는 사람들은 동일한 미생물을 공유하기 때문이다.24)25) 그런데 과연 파스퇴르가 숙주에게 작용하는 여러 가지 조건을 무시하고 공기 중을 부유하는 미생물이 숙주에게 질병을 유발하기 위한 유일한 조건이라는 무리한 주장을 펼 수 있었을까?

하버드 대학과 록펠러 대학의 교수이면서 최초로 항생제를 개발했던 20세기의 저명한 미생물학자 르네 뒤보(René Dubos)26)는 그가 저술한 파스퇴르의 전기에서 다음과 같이 말했다.

“파스퇴르는 신체 내부의 생리적 상태가 외부의 건강으로 나타나며, 미생물은 숙주의 건강이 나빠졌을 때만 피해를 줄 수 있다고 생각했다. 그는 생리적으로 건강한 상태의 몸은 다양한 미생물에 대해 강한 저항성을 보인다는 의견을 피력했으며, 온도와 습도 같은 환경, 그리고 숙주의 호흡 및 영양 상태와 거주지의 날씨와 실내의 환기 상태까지도 미생물 감염에 대한 저항성에 영향을 미친다고 생각했다. 그러나 현대의 많은 의사들은 미생물 자체만 기술적으로 제거하면 질병을 막을 수 있다고 생각하는 경향이 있다. 만약 파스퇴르가 오늘날까지 살아 있다면 자신의 가르침 중 한 가지 면만 강조하고 질병의 원인에 대한 광범위한 철학적 관점을 놓치고 있음에 당혹감과 안타까움을 느낄 것이다.”27)

2. Robert Koch

감염의 원인으로서 미생물 원인설이 자리 잡는 데에는 파스퇴르보다 그의 경쟁자이면서 박테리아학과 의학미생물학의 창시자28)로 결핵(Tuberculosis)29)과 콜레라(Cholera),30) 탄저병(Anthrax)31) 등을 연구했던 로베르트 코흐의 공로가 더 크다고도 볼 수 있다. 코흐는 미생물과 질병 사이의 관계를 입증하고자 노력했고, 그 결과 특정 박테리아와 특정 질병을 연결하는 일련의 증거를 구축했다.32)

그는 1882년, 당시 실체가 불명확하여 다양한 증상의 집합(증후군)처럼 인식되던 질병인 결핵의 원인 물질을 증명하는 획기적인 연구를 발표했으며, 1884년 이에 대한 논문을 출판하여 1905년 노벨 생리의학상을 수상했다.33) 그는 구별이 쉽지 않았던 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)34)을 식별하는 독특한 염색법을 개발하고 그가 결핵균으로 지목한 세균이 결핵이라 불리던 질병군의 원인이 될 수 있음을 실험을 통해 증명했다. 이를 위해 그가 시행했던 실험 방법은 ‘코흐의 가설(Koch's postulates)’35)로 명명되어 원인 미생물과 질병과의 관계를 규명하는 의학미생물학의 최적의 표준(gold standard)으로 남아 지금까지 전해지는데 그 내용은 다음과 같다.

1. 질병을 유발한 미생물은 질병을 앓는 모든 개체에서 발견되어야 하며, 건강한 개체에서는 발견되지 않아야 한다.

2. 질병을 유발한 미생물은 질병에 걸린 개체로부터 분리되어 순수 배양(pure culture)36)으로 성장해야 한다.

3. 배양된 미생물을 건강한 실험 숙주에 도입하면 동일한 질병을 유발해야 한다.

4. 미생물은 질병을 유발한 실험 숙주로부터 다시 분리되어야 하며 분리된 미생물은 도입 이전의 원본과 동일해야 한다.

코흐의 가설은 특정 박테리아가 특정 질병을 유발한다는 미생물 원인설의 근거로, 그리고 질병의 원인과 결과를 확립하기 위한 지침으로 19세기 말 공식화되었다. 또한, 그가 개척한 미생물 분리 및 배양 기술은 코흐의 제자들과 이후의 연구자들에 계승되어 박테리아와 질병과의 관계를 정립하는데 크게 기여했다.37)

그러나 코흐의 가설을 면면히 살펴보면 현실과 괴리가 있음을 확인할 수 있다. 먼저 첫 번째 가설은 코흐와 동시대를 살았던 과학자들이 병원성 미생물을 보유함에도 해당 질병에 대한 아무런 임상적 증거도 보이지 않는 무증상 보균자(Asymptomatic carrier)38)의 존재를 알고 있었기에 즉시 부정되었다.39) 두 번째 가설은 바이로이드(Viroid)40), 프리온(Prion)41) 등 생명이 없어 배양이 불가능한 질병 유발 물질이 발견되면서 항상 참은 아닌 것으로 드러났다.42) 세 번째 가설은 무증상 보균자와 잠복 감염43)의 존재 그리고 동일한 병원체에 의한 감염도 숙주에 따라 임상 양상이 다르게 발현됨이 확인되면서 사실이 아닌 것으로 밝혀졌고,44) 마지막 가설도 병원성 미생물이 숙주 내에서 진화한다는 것이 알려지면서 사실로 인정받기 어려워졌다.45)46)

코흐의 가설은 그가 결핵이란 질병의 원인을 특정 박테리아로 지목하는 과정에서 제시한 추론 방법이다. 이를 그대로 받아들여 모든 병원성 미생물에 적용하기엔 무리가 있으며, 이는 코흐가 주장하거나 원한 일도 아니다. 코흐의 원본 논문을 조사해보면 그가 위의 세 번째 가설, 즉 ‘환자에게서 추출하여 배양한 미생물을 건강한 숙주에 도입할 경우 동일한 질병을 유발해야 한다.’는 가설을 주장하지 않았음을 알 수 있다. 코흐 자신도 결핵균은 환자가 앓는 질환이 결핵임을 결정할 수 있는 하나의 요소일 뿐 결핵균을 보유했다는 것과 결핵이란 질병을 앓는다는 것이 동일한 사건이 아님을 잘 알고 있었다. 결핵이 발병하는 과정에는 결핵균뿐만 아니라 다른 여러 요인이 함께 작용한다는 것을 의사인 그가 모를 리 없었기 때문이다. 따라서 코흐의 가설은 코흐의 일방적인 주장이라기보다는 그가 결핵균과 결핵이란 질병의 상관관계를 입증하기 위해 사용했던 추론 방법을 주변인들이 잘못 해석하고 진술하여 의학미생물학에 무분별하게 도입한 것으로 보는 견해도 있다.47)

3. Necessity and sufficiency

고등학교 1학년 수학시간 ‘집합(集合)과 명제(命題)’ 단원에서 어떤 명제가 참이 되기 위한 필요조건, 충분조건, 필요충분조건에 대해 배웠던 기억이 난다. 필요조건이란 어떤 진술이 참이 되기 위해서 반드시 충족되어야 하는 조건이고, 충분조건이란 그것이 만족되었을 때 어떤 진술의 참이 보장되는 조건을 의미한다.48)49)

예를 들어 ‘갑순이는 이화여대 학생이다.’는 문장이 참이 되려면, 어떤 조건이 필요할까? 이화여대는 여자들만 입학할 수 있는 학교이므로 당연히 ‘갑순이는 여자이다’라는 조건이 필요하다. 이때 ‘갑순이는 여자이다.’라는 사실은, ‘갑순이는 이화여대 학생이다.’라는 진술이 참이 되기 위한 필요조건이다. 그러나 모든 여학생이 이화여대에 입학할 수 있는 것은 아니다. 입학시험을 치러 합격해야 하기 때문이다. 따라서 ‘갑순이는 여자이다.’라는 사실은 ‘갑순이는 이화여대 학생이다.’라는 진술의 필요조건은 될 수 있어도 충분조건은 될 수 없다. 그러므로 누군가 ‘갑순이는 여자이므로 이화여대 학생이다.’라고 말한다면 이는 ‘거짓 명제’가 된다.

이를 똑같이 결핵이란 질병에 대입해보자. ‘갑돌이는 결핵 환자이다.’라는 진술이 참이 되려면 어떤 조건이 필요할까? 당연히 ‘갑돌이는 결핵균을 가지고 있다.’는 조건이 필요하다. 그렇다면 ‘갑돌이가 결핵균을 가지고 있다.’는 사실이 갑돌이가 결핵 환자이기 위한 필요조건이자 동시에 충분조건일까? 그렇지는 않다. 결핵균은 누구나 가질 수 있지만 결핵이 발병하기 위해선 기아와 약물오남용, 알코올중독, 마약중독, 기타 질병으로 인한 건강 악화 등의 개인적 조건과 빈곤, 기근, 전쟁 등의 사회적 조건, 비위생적이고 미개한 문화 등의 인구 통계학적 조건 등 다양한 조건이 뒷받침되어야 하기 때문이다.50)51) 따라서 개인이 결핵균을 보유한 것은 어떤 사람이 질병에 걸렸을 때 그 질병을 결핵이라고 진단하는 행위에 대한 필요조건은 될 수 있어도 충분조건은 될 수 없다.52) 그러므로 누군가 ‘갑돌이는 결핵균을 가지고 있으므로 결핵환자이다.’라고 말한다면 이는 ‘갑순이는 여자이므로 이화여대 학생이다.’라고 말한 것과 같다. 즉, 거짓 명제란 뜻이다.

==============(20편에 계속)

[참고문헌]

1) https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Cambridge

케임브리지 대학교, University of Cambridge

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Gonville_and_Caius_College,_Cambridge

Gonville and Caius College, Cambridge

3) https://en.wikipedia.org/wiki/John_Caius

존 카이우스, John Caius

4) https://en.wikipedia.org/wiki/Sweating_sickness

Sweating sickness

5) https://www.gutenberg.org/ebooks/33503

The Sweating Sickness by John Caius

6) 르네 뒤보, Second Thoughts on the Germ Theory(미생물 원인설에 대한 재고(再考)), Scientific American, Vol 192, no 5, 1955, p31-35

7) https://en.wikipedia.org/wiki/Louis_Pasteur

루이 파스퇴르, Louis Pasteur

8) https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Koch

로베르트 코흐, Robert Koch

9) https://en.wikipedia.org/wiki/Germ_theory_of_disease

질병의 미생물 원인설, Germ theory of disease

10) https://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_generation

자연발생설, Spontaneous generation

11) https://en.wikipedia.org/wiki/Miasma_theory

미아즈마 이론, Miasma theory

12) https://curiosity.lib.harvard.edu/contagion/feature/germ-theory

하버드 대학교, 미생물 원인설, germ theory

13) https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2301186120

미생물 원인설에 대한 재고부터 본격적인 숙주 이론까지

14) https://en.wikipedia.org/wiki/Antoine_B%C3%A9champ

앙투안 베샹, Antoine Béchamp

15) https://en.wikipedia.org/wiki/Claude_Bernard

클로드 베르나르, Claude Bernard

16) https://www.templeofthesoul.org/blog/germ-theory-vs-terrain-theory

미생물 원인설과 토양이론, 그리고 우리의 선천적 면역

17) https://en.wikipedia.org/wiki/Sanitation

공중보건위생, Sanitation

18) https://en.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Virchow

루돌프 비르효, Rudolf Virchow

19) https://curiosity.lib.harvard.edu/contagion/feature/germ-theory

하버드 대학교, 미생물 원인설

20) https://www.lanjochiro.com/2021/02/the-germ-or-the-terrain/

미생물인가? 토양인가? The Germ or the Terrain?

21) https://m.health.chosun.com/svc/news_view.html?contid=2023053102072

파스퇴르가 틀렸을지 모른다… 200년 전의 ‘면역 논쟁’

22) https://en.wikipedia.org/wiki/Swan_neck_flask

백조목 플라스크, Swan neck flask

23) https://www.pasteurbrewing.com/pasteur-swan-neck-flask-experiment/

파스퇴르 백조목 플라스크 실험

24) https://www.nature.com/articles/d41586-023-00118-w

가족, 친구, 심지어 이웃에 의해 우리의 미생물군집이 형성되는 방식

25) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3628085/

동거하는 가족은 서로, 그리고 반려견과 함께 미생물군을 공유합니다.

26) https://en.wikipedia.org/wiki/Ren%C3%A9_Dubos

르네 뒤보, René Dubos

27) 르네 뒤보, 『과학을 향한 끝없는 열정, 파스퇴르』 이재열, 김사열 옮김, 사이언스 북스, 2006. p178-189

28) https://www.newscientist.com/people/robert-koch/

현대 세균학의 창시자, 로베르트 코흐, The founder of modern bacteriology, Robert Koch

29) https://en.wikipedia.org/wiki/Tuberculosis

결핵, Tuberculosis

30) https://en.wikipedia.org/wiki/Cholera

콜레라, Cholera

31) https://en.wikipedia.org/wiki/Anthrax

탄저, Anthrax

32) https://www.jstor.org/stable/24620063

Koch 박사의 가정, 1952

33) https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1905/summary/

로베르트 코흐, “결핵에 관한 연구와 발견”, 1905년 노벨 생리의학상

34) https://en.wikipedia.org/wiki/Mycobacterium_tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis

35) https://en.wikipedia.org/wiki/Koch%27s_postulates

코흐(Koch)의 가정

36) https://www.britannica.com/science/pure-culture

순수 배양, pure culture

37) Madigan, Martinko, Brock의 미생물학 12판, 바이오사이언스, 2009, P12-17

38) https://en.wikipedia.org/wiki/Asymptomatic_carrier

무증상 보균자, Asymptomatic carrier

39) https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319605121?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed

미생물 원인설의 재검토, 감염 결과에 대한

40) https://en.wikipedia.org/wiki/Viroid

바이로이드, Viroid

41) https://en.wikipedia.org/wiki/Prion

프리온, Prion

42) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8544537/

Koch의 가정과 감염성 단백질

43) https://www.verywellhealth.com/definition-of-latent-3132874

잠복 감염이란 무엇입니까?

44) https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24293135/

숙주와 병원체 사이의 흥미로운 상호작용

45) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5053366/

박테리아 병원체의 숙주 내 진화

46) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4804625/

인간 숙주 내 세균성 병원체의 진화

47) https://www.jstor.org/stable/24620063

Koch 박사의 가정, 1952

48) https://en.wikipedia.org/wiki/Necessity_and_sufficiency

필요조건과 충분조건, Necessity and sufficiency

49) https://namu.wiki/w/%ED%95%84%EC%9A%94%EC%A1%B0%EA%B1%B4%EA%B3%BC%20%EC%B6%A9%EB%B6%84%EC%A1%B0%EA%B1%B4

필요조건과 충분조건

50) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6044656/

결핵의 위험 요인: 당뇨병, 흡연, 음주, 기타 약물 사용

51) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3583136/

결핵의 위험 요인

52) https://www.jstor.org/stable/24620063

Koch 박사의 가정, 1952

[정소라(경기)]

예 고등학교때 배웠던 내용이 떠오르네요 필요조건과 충분조건은 부분집합으로 대체될수 있습니다

[서갑수(서울)]

고맙습니다^^

[이규호(강원도)]

한반에 감기가 돌아도 모두가 걸리는것은 아니다.