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| 면역 체계는 어떻게 작동할까 - 면역계 |
1. 개요
免 疫 系 / Immune System신체에 침입하여 여러 가지 방법으로 신체에 손상을 입히는 각종 요소들에 대응하는 체계를 면역체계라고 부른다. 아래 설명할 다양한 방법으로 박테리아, 바이러스, 기생충 외 여러 가지 병원체로부터 몸을 방어한다. 이것에 관련된 학문을 면역학이라 한다.
면역 반응 유형은 선천적 면역과 후천적 면역으로 나뉜다. 후천적 면역 시스템은 특정 항원에 대응하여 항체를 생성하고, 이를 통해 장기적인 면역력을 제공한다.
2. 진화와 면역 체계
면역체계는 생명체의 진화와 그 궤를 같이 하며, 어떻게 보면 진화의 산 증인이라고까지 할 수 있다. 단순한 동물에서 복잡한 동물로 옮겨갈수록 다양한 방식의 면역체계가 발달한다. 예컨대 곤충(절지동물)은 우리처럼 선천면역체계를 가지고 있다. 그중 하나가 Toll이라는 유전자[1]이고, 이런 것들을 통해 곤충을 감염시키는 진균 등에 맞서 싸우게 된다. 척추동물유악류[2]쯤 되면 선천/적응 면역 체계를 모두 갖게 되며, 유악어하문/사지동물상강[3] 개체에는 다양한 종류의 백혈구들이 존재한다.현재 이 이야기에 새로운 사실들이 드러나고 있다. 원시다세포생물부터 다른 단세포생물[4]과 공생을 하고 있었는데 이때 공생하는 박테리아가 너무 많이 번식하거나 체내로 들어오거나 해로운 박테리아가 자리를 잡게 되면 이를 통제하기 위해 면역계를 발달시켰다고 한다. 정상세균총은 우리 미성숙한 T세포에게 무엇이 이로운 세균이고 나쁜 세균인지를 가르쳐주고 면역반응을 억제해주며[5] 우리 몸이 분해하지 못하는 영양소들을 분해해주고 나쁜 세균들이 자리를 못 잡도록 항균물질을 분비해주거나 면역세포에게 알리거나 면역세포를 활성화시키는 등의 일을 하고 우리 몸은 나쁜 세균은 먹지 못하는 영양소 등을 분비하는 등 이로운 박테리아와 면역계는 같이 진화했다는 이론이 있고 고등생물로 갈수록 세균 종류가 많아지므로 이를 제어하기 위해 면역계도 더욱 발전했다는 이론이 있다.[6]
박테리아는 바이러스에 대한 적응 면역이 없다고 생각했는데, 2000년대 들어 CRISPR/CAS9이라는 특정한 서열의 바이러스유전체를 잘라먹는 메커니즘이 밝혀졌다. CRISPR가 한 번 들어온 바이러스 즉, 박테리오파지의 유전체를 자신의 DNA에 담아 기억하고 있다가 같은 바이러스가 침입하면 CAS9이 예전에 들어온 바이러스유전체와 대조하고 같으면 바이러스 RNA의 분해효소를 만들어 바이러스유전체를 바로 잘라버리기 때문에 바이러스RNA는 무력화된다. 이는 적응 면역의 훌륭한 예가 된다. 메커니즘 자체도 놀랍지만 생물학계에서는 이 시스템을 이용해서 유전자를 손쉽게 조작할 수 있는 방법이 생겼다고 반기는 상태.[7] 현재 이 기술로 바이러스의 항바이러스제 내성 문제를 해결하려는 시도가 있고, 약간의 성과를 거두고 있다. 이곳에서 볼 수 있다.
3. 작용범위
||<table bordercolor=#000000><table bgcolor=#ffffff,#1f2023><bgcolor=#ffffff,#1f2023><table color=#000000,#dddddd><width=20%> ||<rowbgcolor=#f5f5f5,#2d2f34><width=40%> 체액성 면역
(humoral immunity) ||<width=40%> 세포성 면역
(cellular immunity) ||
(humoral immunity) ||<width=40%> 세포성 면역
(cellular immunity) ||
| <colbgcolor=#f5f5f5,#2d2f34> 세균 | 항체, 보체, 항미생물 펩티드[8] | 호중구, 단핵구 계열 세포 등 |
| 진균 | 항체, 항균펩타이드,보체 | 호중구, 단핵구 계열 세포 |
| 바이러스 | 항체, 인터페론, 보체 등 | NK세포, 단핵구 계열 세포, 림프구 등 |
| 다세포 기생충(선충 회충등) | IgE, 보체 | 호산구 또는 비만세포 등의 염증반응 |
| 원생생물(말라리아등) | 사실상 없음 | 사실상 없음 |
| 프리온 | - | 단핵구 계열세포 |
| 체외기생물(이,벼룩 등) | 없음 | 없음 |
이 표를 보면 원생생물에 대한 면역반응이 사실상 없는 것을 알 수 있는데, 이유는 원생생물 자체가 숙주 몸으로의 기생에 매우 특화되어 있고[9] 숙주의 면역반응을 피하는 방향으로 진화되었기 때문에 사실상 없다 봐도 무방하다. 자신을 공격하는 항체가 생성되지 않도록 표면의 단백질을 주기적으로 바꾸기 위해 따로 유전자를 가지고 있을 정도이며, 경우에 따라서는 자신의 배설물이 항원으로 작용하도록 만들어 본체가 공격을 피하는 등의 정교한 기작으로 면역반응을 회피한다.
다세포기생충들은 워낙에 몸집이 커 타격을 준다 해도 피해가 없는 것은 아니지만 크지 않고(물론 없는 것은 아니기에 인간과 같이 진화된 기생충이 아닌 경우에는 몸에서 거의 대부분 죽는다.), 기생충 주위를 섬유질로 감싸는 등 다른 방법으로 대처한다. 결국 장기전으로 가고 숙주의 면역계가 면역반응을 줄이는 대신 기생충도 조용히 자리잡고 살아가기도 한다. 사실 다세포 기생충을 방어하는 면역계의 목적은 몸에서 사라지게 하기보단 번식을 줄이고 활동성을 떨어뜨려 몸의 손상을 덜 입게 하는 것이다.
바이러스는 세균과 함께 상대적으로 잘 대처가 되어있지만 바이러스또한 진화를 거듭하면서 숙주의 면역반응을 뚫는 바이러스는 계속해서 나온다.
세균은 우리가 평생 살면서 가장 많이 접하고 그에 따라 면역반응 또한 잘 준비되어 있다. 물론 면역반응을 회피하거나 막는 세균은 어디에나 존재한다. 폐렴구균, 탄저균 등의 세포벽에 있어 세포들의 공격을 막는 협막, 황색포도상구균 등이 혈장을 응고시켜 공격을 막는 Cougulase 등이 예시.
체외기생충의 경우 체액 혹은 세포성면역반응이 없고 행동형, 물리적 면역이 발달하였다. (원숭이들이 서로의 체외기생충들을 잡아준다든지)
변형된 프리온은 특이하게도 단핵구세포들이 자신이 아니란 걸 감지하고 공격을 하는데 림프구들은 원래 변형된 프리온이 정상 프리온이었기에 면역반응을 억제한다.
4. 분류
면역세포가 직접 대상을 공격하느냐, 아니면 면역세포에서 분비되는 단백질이나 작은 분자들을 이용해 공격하느냐에 따라서 세포성 면역(cellular immunity)과 체액성 면역(humoral immunity)으로 나눌 수 있고, 병원체의 종류를 불문하고 일반적(비특이적)인 방식으로 대응하느냐, 아니면 병원체 개개의 특징을 파악하여 맞춤형(특이적)으로 대응하느냐에 따라서 선천 면역(innate immunity, 비특이적 면역)과 후천 면역(adaptive immunity, 특이적 면역)으로 나눌 수 있다. 이 두 방식은 상호 독립적이라, 2×2=4가지의 케이스가 존재한다. 여기에 더해, 병원체가 몸속으로 침입하는 것 자체를 차단하는 물리적 장벽 역시 면역계에 포함된다.| 선천 면역(비특이적 면역) | 후천 면역(특이적 면역) | |
| 물리적 | 피부나 점막이 가장 첫 번째 방어선 역할을 한다. 소화 기관의 소화액, 기침과 재채기, 또는 썩은 음식을 피하는 등의 행동[10] | - |
| 세포성 | 주로 병원균을 잡아먹거나 파괴하는 방식. 호중구나 대식세포와 같은 단핵구계열세포가 담당. 감염된 세포와 암세포 등을 파괴하는 NK세포 | 주로 바이러스에 감염된 자신의 세포 처리용. 세포독성 T세포가 담당. |
| 체액성 | 병원균을 단백질로 공격해서 파괴하는 방식. 항생펩타이드 등. | 항체(G형 면역글로불린, IgG), (M형 면역글로불린, IgM) 등. B세포가 분비. 보체 |
5. 방어 단계
인체는 병원체에 대해 (1) 물리적 방벽으로 병원체의 침입을 차단할 수 있고, (2) 병원체가 침입했다면 침입한 놈들을 닥치는 대로 처치할 수도 있으며, (3) 부족하다면 병원체의 세부적 특징을 파악하여 그에 맞는 맞춤형 대응으로 병원체를 섬멸할 수도 있다. 순차적으로 진행되는 이 과정 중에서 1, 2에 해당하는 과정을 선천 면역(Innate immune system), 3에 해당하는 과정을 후천 면역(Specific immune system)이라고 한다. 자세한 내용은 후술한다.5.1. 선천면역
|
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| 선천면역에 관여하는 세포들 중 하나인 대식세포 |
특정한 항원[12]에 대한 면역이 아닌, 우리 몸이 아닌 것을 인식해서 무차별적으로 대응하는 면역을 말한다.[13] 더 세부적으로는 병원체의 침입 자체를 차단하는 외부 방어, 이미 침입한 병원체를 사살하는 내부 방어로 구분한다. 특정한 항원을 저격하는 후천 면역에 비해 대응 속도는 훨씬 빠른데, 반응 시간이 수초(!)에서 수시간 단위다.[14] 그 대신 대응 효율이 비교적 떨어진다. 군에 비유하자면, 국경에 설치한 철책, 지뢰, 혹은 보초라고 보면 된다. 또한, 선천 면역은 종 자체를 구별하지 못한다. 즉, 특이성(Specificity)이 없다.[15] 이걸 군대에 비유하면 자신이 알보병인데 상대가 동등한 체급의 보병 하나건, 커다란 전차건, 심지어는 고라니건 일단 막거나 쏘고 본다는 것. 반면, 후천면역계는 특이성을 가진다.
5.1.1. 외부 방어
체모, 피부, 점막에 의한 배설이 해당되며, 아예 병원체가 침입하기 전에 병원체를 차단하는, 마치 장벽과 같은 역할을 한다. 당연하지만 병원체가 몸 내부에 아예 안 들어오는 것이 제일 좋은 방어 대책이다.사실 피부보다도 더 외부와 많이 접하고 있는 부분은 바로 소화계이다.[16] 따라서 소화 기관은 엄밀히 따지면 체내가 아니라 체외에 해당한다. 장 내에는 인간과 공생하는 세균들이 살고 있는데, 면역계는 장 내의 세균들이 혈관 같은 체내로 들어오는 걸 막으려고 수많은 방법을 사용한다. 점액[17]과 항생물질 등을 분비하거나, 해를 끼치지 않는 공생 박테리아들만 소화할 수 있는 물질을 만들어내 병원성 박테리아를 정착하지 못하게 하는 것 등이다.
공생 박테리아들도 소화기 내에서 병원성 미생물과 접전을 펼치는데, 우리 몸의 면역이라고는 애매하지만 미리 장내를 뒤덮어 영양소를 병원성 박테리아에게 내주지 않거나 직접 유독한 물질을 내뿜거나, 장내에 산을 분비해 장을 산성으로 만들거나, 심지어 잡아먹기도 한다. 그러나 공생 박테리아가 유해한 미생물의 진행을 돕기도 한다.
숙주와 공생 미생물, 해로운 미생물들이 도대체 어떻게 상호작용 하는지를 밝히는 연구는 2010년 이래로 생물학계에서 핫 이슈로 떠오르고 있다.
5.1.2. 내부 방어
아무리 성벽을 둘둘 둘러싸도 언젠가는 뚫리는 법이다. 마찬가지로 물 샐 틈 없이 견고해 보이는 피부와 점막도 상처를 입어 손상되면 얼마든지 침입자들에게 길을 열어줄 수 있다. 다행히 동물은 이런 내부 침입에 대항할 군대와 전술을 가지고 있다. 여기서는 내부 방어 중에서도 선천 면역에 해당하는 내용만을 서술한다.예를 들어, 수도권 비행 금지 구역인 P-73( 청와대 인근) 방공 레이더에 미확인비행물체가 떴다고 치자. 이게 북한이 발사한 미사일인지, 행사장에서 유실된 애드벌룬인지, 누군가가 허락없이 날린 RC 비행기인지
- 일단 비행 물체가 떴다는 것을 감지하고,
- 이 사실을 합의부에 보고해야 하며,
- 비행 금지 구역에 들어온 건 떨어뜨리고 볼 일이니 비호든 패트리어트든 사격하거나 공군에 연락해 KF-16이나 F-15K, KA-1 등 전투기를 띄워야 하고,
- 도대체 무엇이, 또 얼마나 떠 있는지 비행 물체에 대한 정보를 최대한 수집해서 대응책을 마련해야 한다.
각 조직마다 있는 대식세포와 수지상세포들이 1)에 설명된 보초병으로 작용하고, 이들이 만들어내는 사이토카인(cytokine)이라는 신호 전달용 단백질이 2)에서 면역 세포를 소집하는 역할을 한다. 주로 호중구를 포함한 과립구, 대식세포[18]들이 3)에서 병원체를 잡아먹고 처리하는 데에 직접 관여하며,[19] 마지막으로 4)에서는 주로 수지상세포들이 열심히 병원체의 잔해를 모아 림프구로 돌아가서 후천 면역 체계를 활성화시킨다.
만약 바이러스가 후천 면역으로 넘어가질 못하게 방해하거나 복제에 성공하여 대응 체제가 제대로 동작하지 못하면 우리 신체는 최후의 수단으로 ' 사이토카인 폭풍(cytokine storm)' 을 일으킨다. 사이토카인 폭풍은 남아있는 백혈구를 강제 활성화시켜 동귀어진을 시도한다. 이 과정에서 세포 조직도 심하게 손상되며, 백혈구의 이동을 돕는 히스타민이 과다 분비되므로 적혈구까지 새어나와 출혈이 일어난다. 이 지경까지 이르면 피아식별이 사라지는 격전이 벌어진다. 게다가 병원체의 활동성을 억제하려고[20] 섭씨 42도가 넘는 엄청난 고열이 발생하는데, 이게 약 14시간 이상 지속되면 간 → 뇌 → 신장 순으로 신체 조직이 익어버린다. (특히 간은 44도 이상이 되면 경화가 시작된다.)[21] 사이토카인 폭풍까지 발동했는데도 바이러스 개체를 어느 수준 이하로 줄이지 못하면 내출혈로 사망하게 된다[22] 보통 사이토카인 폭풍은 죽기 직전에 발동하는 최후의 방어 수단이기에,[23] 이후 체온이 낮아지면 두 가지 중 하나다. 병원체를 물리쳤거나, 죽었거나. '사이토카인 폭풍'이란 단어는 2015년 대한민국 메르스 유행 사태 때문에 대한민국에서 널리 알려지게 된 바 있다.
5.1.3. 염증 반응
염증(inflammation) 반응은 외부로부터의 침입이나 외상에 대한 반응을 총괄적으로 일컫는다. 군대로 치자면 전투와 그에 따른 부수적 피해(collateral damage)에 해당하는 개념. 외상을 입어 피부 등의 물리적 장벽이 뚫린 경우, 적혈구와 혈소판, 피브린 등이 모여 환부를 막아버려 추가적인 침입을 막는다. 또한, 외상을 입어 파괴된 세포들은 염증반응을 일으켜 면역세포들이 모이도록 유도하며, 혈액 응고를 촉진한다. 외상을 입은 경우 혈액이 응고되면서 더이상의 침입을 걱정하지 않아도 되지만, 점액을 뚫을 정도로 대량의 병원체가 침입을 시도했다든지, 아니면 체액을 통해 직접 침입한다든지 이러면 방어가 어려워진다. 당연하지만 체액을 통한 직접적인 침입이 제일 난감하다.어찌되었든 침입한 병원체는 각종 세포들을 감염시켜 증식하게 된다. 이렇게 몸에서 깽판을 치는 놈들을 때려잡기 위해, 각종 면역 세포와 항생 단백질들이 혈액을 따라 온 몸을 순환하며 돌아다니다가, 내부로 침입해온 병원체를 공격한다. 이들이 흔히 아는 백혈구들인데, 백혈구에도 종류가 여러 가지가 있다. 호중구와 대식세포가 대표적.
염증 반응은 환부의 체열을 올려 병원균들이 번식하기 나쁜 환경을 만들며, 면역세포의 활동을 촉진하고, 환부로 더 많은 면역세포가 모이도록 유도한다. 뇌의 체온 조절 중추가 반응하여 평소의 항상성 유지를 정지하고, 체온이 올라가도록 유도하며, 이것이 감기에 걸렸을 때 열이 나는 이유다.[24] 또, 환부가 붉게 염증이 생기는 것은 공격을 받은 세포들이 내뿜는 히스타민이 염증 반응을 일으키기 때문이다. 염증반응은 침입자들을 막기 위한 수단이지만, 지나친 경우 신체에 치명적일 수 있다. 대표적으로 감기가 너무 심해 열이 너무 많이 나면 체온이 너무 올라간 나머지 우리 몸인 뇌세포들이 문자 그대로 익어 버린다.[25]
다음은 일반적인 염증반응의 진행 과정이다.
- 조직손상 부위에서 비만세포, 보체에 의해 히스타민과 같은 혈관 투과성을 증가시키는 싸이토카인 분비 → 모세혈관 투과성 증대, 혈관 확장
- 면역계 세포 및 보체에 의해 분비된 화학유인제(chemoattractant, CXCL8과 같은 chemokine 포함)를 따라 호중구를 비롯한 포식세포와 다른 면역계 세포의 혈관외배출(extravasation)을 통해 감염조직으로의 이동
- 감염조직에서의 방어 작용이 일어나고 호중구는 죽어(대식세포에게 먹히거나 netosis) 고름(pus)를 형성함
| 증상 | 해설 |
| 발적 | 혈관이 확장되어 피부가 붉게 보인다. |
| 발열 | 혈류량 증대와 화학 물질로 인해 염증 주위가 따끈 따끈해진다. |
| 동통 | 염증 부위의 모세혈관 투과성이 증대되어 조직액이 증가하고, 이것이 신경을 압박하여 통증을 유발한다. |
| 부종 | 증가된 조직액이 염증 부위를 붓게 한다. |
- 국소적 염증
- 전신성 염증
- 백혈구수 급격히 증가
- 체내 온도 설정점 상승으로 체온 상승으로 인한 발열
5.2. 보체계
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| 몸속에 흐르는 작은 폭탄 - 보체[26] |
보체(Complement)는 혈액에 존재하는 면역단백질로, 면역글로불린과 비슷하게 병원체를 공격하는 역할을 하지만 항체처럼 특이적인 구조를 가지지는 않는다. 크게 3가지 경로를 통해 활성화되며 보체계가 활성화되면 세균이나 감염된 세포의 세포막을 MAC(Membrane attack complex)를 통해 뚫어버리기나, 주변에 강력한 염증반응을 일으킨다.
보체계의 구성
C1 Complex: 항원에 결합한 항체의 꼬리에 붙어 C2를 활성화 한다.
C2: C1 Complex, 또는 MBL에 의해 활성화된다.
C3: 보체 활성(complement activation)에 가장 핵심적인 단백. 스스로 가수분해되거나 C2에 의해 활성화되어 C3b와 C3a로 분해된다. C3a는 주변조직에 염증을 유발해 면역계에 신호를 보내고, C3b는 이어서 보체계를 활성화한다.
C4: C2를 돕는다.
C5: C2,C4,C3의 결합체(C2a4b3b)에 의해 활성화되거나(Classical/Lectin pathway), C3b중합체에 의해 활성화되어(Alternative pathway) 본격적으로 보체계가 활성화된다. 이 이후부터는 뒤에 나올 3가지 pathway가 같은 경로를 공유한다. 활성화되면 C5a와 C5b로 분해되고, C5a는 주변조직에 강력한 염증을 일으키고 C5b가 후속 보체계를 활성화한다.
C6,C7,C8: 활성화된 C5b에 결합하며, C9을 불러온다.
C9: 기다란 핀처럼 생긴 단백질로, MAC를 만들어 병원체의 표면에 구멍을 뚫어버린다. 세포막에 구멍이 뚫린 병원체는 항상성이 무너져 죽게 된다.
보체계 활성화 경로
1. 보체활성화 대체경로(Alternative pathway)
항체나 MBL없이 보체가 직접 활성화되는 경로이다. 따라서 세가지 경로 중 가장 빠르게 병원체에 대항할 수 있는 경로이다.
1-1. 용해성 대체 C3 전환효소(iC3Bb) 생성경로
1) C3의 티오에스테르기(thiester group)는 스스로 가수분해되어 C3가 활성화(iC3)
2) Factor B는 iC3와 결합하여 Factor D에 의해 가수분해(B → Ba, Bb)
3) iC3Bb는 다른 C3를 가수분해하여(C3 → C3a, C3b) C3b가 병원체 표면에 결합하도록 함
※C3a는 화학유인제로 작용하여 감염부위로 백혈구들을 유인한다.
1-2. 미생물 표면의 대체 C3 전환효소 (C3bBb) 생성경로
1) 미생물 표면의 C3b에 Factor B 결합하여 Factor D에 의해 가수분해(B → Ba, Bb)
2) C3bBb는 대체 C3 전환효소로 작용하여 C3 가수분해(C3 → C3a, C3b)
2. 렉틴경로(lectin pathway)
Mannose-binding lectin(MBL)은 세균과 같은 병원체 표면의 당 패턴을 감지해 결합하며 보체계가 활성화
1) MBL이 병원체 표면에 결합하여 MBL-연관 세린 단백가수분해효소(MBL-associated Serine protease, MASP)활성화하여 C4, C2를 가수분해(각각 C4 → C4a, C4b. C2 → C2a, C2b).
※이때 병원체 표면에 결합한 MBL은 자체적으로 옵소닌화(opsonization)기능을 수행할 수 있다.
2) C4bC2a는 C3 전환효소로 작용하여 C3를 가수분해해 병원체 표면에 C3b를 코팅한다.
3. 보체활성화 고전경로(Classical pathway)
항체 또는 급성기 반응(acute phase response)으로 농도가 증가된 CRP(C-response protein)에 의해 보체계가 활성화
1) 항원과 결합한 항체(IgM 또는 IgG) 또는 CRP에 의해 C1 complex가 활성화
※C1 complex는 MBL과 구조가 매우 유사하며, 자체가 protease 활성을 갖는다.
2) 활성화된 C1은 C4, C2를 가수분해하여 C4bC2a 형성한 뒤, C4bC2a가 C3b를 병원체 표면에 코팅한다.
보체계의 기능
1. 옵소닌화(opsonization): 세균을 포식작용하는 단백질로 코팅하는 것
→C3b는 대식세포의 보체 수용체와 결합하여 대식세포의 병원체 인지 및 포식을 촉진한다.
※보체조절단백(CCP)에 의해 불활성화된 iC3b 또한 옵소닌화에 참여한다.
2. 막공격복합체(membrane attack complex, MAC)형성
1) 세가지 경로를 통해 형성된 C5전환효소(대체경로는 C3b2Bb, 렉틴 및 고전 경로는 C4bC2a3b)에 의해 C5가 가수분해되어 활성화(C5 → C5a, C5b)
2) C5b는 C6, C7, C8과 복합체 형성하여 막에 삽입되어 C9의 platform으로 기능
3) C9은 C5b678에 의해 막통과 통로 형성하여 병원체 표면에 구멍을 뚫어 병원체를 제거
3. 염증 유발
→C3a, C4a, C5a는 화학주성을 일으키는 아나필락시스 독소로 기능하여 염증 반응을 유발한다.
5.3. 기타
- 항균 펩티드, 단백질
- 키닌
- 단백질 분해효소 억제제
5.4. 후천면역
|
|
| 후천면역에 관여하는 세포들 중 하나인 T세포 |
침입한 항원의 특징을 파악한 뒤 그에 맞는 항체를 만들어 해당 병원체를 제거하거나 그 병원체에 감염된 세포를 파괴하는 방어기작을 말한다. 적의 특징을 파악하는 데 시간이 걸리기 때문에 선천 면역보다는 느리게 반응하지만, 한번 걸렸던 질병은 다시 걸리지 않는 면역기억 효과[28]를 주며, 선천 면역보다 훨씬 효과적이다. 예방접종[29]으로 면역력을 얻을 수 있는 것도 모두 후천 면역 덕분. 모든 생물이 선천적 면역을 가졌으나, 후천적 면역은 일부 고등생물들에게서만 발견되므로 후천적 면역은 선천적 면역에 비해 보다 진화된 체계라고 볼 수 있다.
다시 위의 P-73 얘기로 돌아가자. 일선 부대에서는 미확인 비행물체에 대한 정보를 다양한 방법으로 열심히 모은다. 레이더를 통해서 숫자와 위치 등을 감지하고, 교전 결과 추락한 비행체의 잔해를 모아서 그 형태와 특징을 보고하는데, 그 다음부터는 사령부의 몫이다. 사령부에는 현존하는 모든 적에 대해 대응 메뉴얼을 만드는 방법이 마련되어 있으므로 파악한 적에 알맞은 매뉴얼을 찾아 꺼낸 뒤 최적화된 방공포병 장교를 찍어낸다. 이 장교들이 쏴대는 대공포의 탄환은 오폭의 위험은 거의 없으며 오직 해당하는 적에게만 작동한다.[30] 더구나 탄환에는 아군의 추적을 돕는 표식이 달려있으며, 따라서 탄환에 맞아 반쯤 무력화된 적은 아군 보초병들의 손쉬운 먹잇감이 된다. 여기서 사령부는 조력 T 세포에 해당하며, 찍어내는 장교, 부사관이 B세포, 장교가 쏘는 탄환 및 사병이 바로 항체다. 한편, 사령부에서는 아군의 변절자를 찾아 제거하는 또 다른 장교와 본부도 찍어내는데, 이 장교는 세포독성 T 세포에 해당한다.[31]
보초병[32]이 사령부에 전달한 기본 정보를 가지고 거기에 맞는 매뉴얼에 따라 B세포와 T세포가 양산되며, 이 과정에서 아군의 잔해는 대부분 무시된다. 또한 일반적이라고 간주되는 잔해도 무시한다. 추가적으로 여기서 정보를 수집하여 이것이 미사일인지 애드벌룬이든지를 구별하여 그에 맞는 무기들을 생산하는 것이다. 문제는 자연에 존재하는 항원의 종류는 천차만별이고 그중 어떤 녀석이 들어올 지 모른다는 것. 그 종류가 1012을 넘는 모든 매뉴얼을 완성된 형태로 가지고 있을 수 없기 때문에 준비하는데 오랜 시간이 걸린다. 그때까지 몸이 버텨낼 수 있도록 해주는 것이 선천 면역의 역할.[33]
이 과정을 요약하자면 다음과 같다. 선천 면역 과정에서 병원체를 잡아먹고 그 항원을 소화시킨 대식세포 등의 면역세포는 해당 항원에 대한 매뉴얼을 가진 조력 T 세포를 찾아내어 활성화한다. 활성화된 보조 T세포의 명령에 의해 B세포는 해당 항원에만 반응하는 항체를 분비하며 세포독성 T 세포는 해당 항원에 감염된 세포만을 파괴한다. 이렇게 분비된 항체는 해당 항원을 지닌 병원체에만 달라붙어 병원체의 이동을 방해하고 백혈구가 이들을 더 잘 찾을 수 있도록 표식의 역할을 해준다(옵소닌화).
5.4.1. 후천 면역의 특징
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특이성
"병원체 X가 침입하면 오직 X에만 대항하는 항체와 면역세포가 작용한다". [34]
앞서 보았듯 결핵균이 침입했다면 오직 결핵균만을 공격하는 항체를 분비하는 B 세포, 오직 결핵균에 감염된 세포만을 파괴하는 세포독성 T 세포가 작용하게 된다. 물론 이는 결핵균 대신 다른 어떤 병원체에 대해서도 마찬가지다. 후천 면역의 이러한 성질을 특이성이라고 하며 이는 각 병원체가 침입할 때마다 그 항원에 대항하도록 맞춤형으로 설계된 B세포 및 T세포( 정확히는, 해당 항원과 결합할 수 있는 형태의 세포 수용체를 가진 B세포와 T세포)가 반응하는 방식으로 이루어진다.
한 가지 주목할 것은, 우리 몸에겐 병원체가 침입할 때마다 그 항원을 분석하여 그에 맞는 항체 및 면역세포의 설계도(유전자)를 새로 만들어 낼 수 있는 능력이 없다는 점이다. 어떤 물질의 3차원 구조를 분석하여 그에 상응하는 설계도를 만든다는 게 일개 세포 수준에서는 도저히 불가능한 복잡한 작업이기 때문. 그 대신 우리 몸은 병원체가 침입하기 전부터 미리 수백 억 종류의 설계도를 마련해두었다가 병원체가 침입하면 그에 맞는 설계도를 선별하는 방식을 채택한다. 구체적으로, 우리 몸의 모든 T세포와 B세포는 각각 한 종류씩의 설계도를 가지고 있으며 만일 병원체가 침입하면 그 병원체의 항원에 맞는 T세포가 선별되어 사령관이 되고, 그 T세포가 항원에 맞는 B세포를 선별하여 복제본을 찍어내고 항체를 생산시키는 것이다.[35]
우리 몸이 병원체가 침입하기도 전부터 그에 맞는 설계도를 가지고 있을 수 있는 것은 T세포와 B세포의 형성 과성에서의 무작위적 유전자 배열 덕이다. 자세한 것은 면역세포의 성숙 문서를 참조하자.
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면역 기억
후천 면역은 한번 만난 적에 대한 정보를 오랫동안 보존한다는 게 특징이다. 대량 생산된 T/B 세포들의 일부가 기억 T/B세포라는 이름으로 남아서[36], 차후에 같은 놈이 들어오면 즉각 대응이 가능하다. 이런 방식을 활용한 것이 백신이다. 미리 위험한 적들의 몽타주나 파편, 또는 비실비실한 놈을 던져주면 사령부에서 미리 매뉴얼을 만들고 대응할 무기를 만들어서 보관하게 되고, 그 후에 진짜로 위험한 놈들이 들어오면 즉각 출동함으로써 대응 가능. 몇몇 백신은 주기적으로 재접종해야 한다.
어떤 바이러스는 아예 면역 세포를 숙주로 삼아 감염을 확산시키기도 한다. 유명한 것은 HIV와 에볼라, 홍역바이러스등이 있다. 이 경우 '수지상세포'와 '대식세포'등을 감염시켜고 다른 메커니즘등을 통한 후천 면역 체계 작용을 억제한다. 이것들은 면역 세포를 숙주로 삼기에 상당히 치명적이다.[37]
6. 면역 기관
6.1. 1차 림프기관
- 골수(Bone marrow)
- B Cell의 생성, 성숙
- T cell의 생성
- 가슴샘(흉선, Thymus)
- T cell의 성숙
6.2. 2차 림프기관
7. 오작용
면역력이 강하다고 무조건 좋은 게 아니다. 면역 작용은 정상 세포와 침입자를 구별하는 것으로 시작하는데 면역 작용의 오류로 정상 세포를 침입자로 오인하면 자가면역질환이 발생한다.[38] 이 때 면역력이 강할수록 피해가 심해지기 때문에 면역 억제제를 처방받게 된다.면역반응이 크게 해롭지 않은 항원에 과민반응해서 생기는 알레르기라든가, 면역계가 췌장의 인슐린 분비세포를 외부항원으로 오인하여 파괴해서 생기는 1형 당뇨병 등의 자가면역질환 등등. 이는 신체 재생을 막는 원인이기도 하다. 류머티스 관절염도 대표적인 자가면역질환 중 하나이다.
면역체계가 복잡하게 발달한 생물일수록 신체재생력이 떨어지는데, 이것은 괴사한 세포를 복구할 때 많은 경우 면역체계에 의해 흉터조직화가 일어나기 때문에 주변에 다른 세포들이 해당 부위를 재생시키지 못하기 때문이다.즉, 과도한 면역력이 되려 손상된 육체 회복을 방해한다.[39]
8. 유사과학
만약 의사가 아닌 사람에게,[40] 특히 식품 판매원한테 어떤 식품을 먹으면 '면역력이 좋아진다'는 표현을 들었다면 그것은 유사과학이다.[41] 사람의 면역력은 고작 몇 가지의 징후들을 가지고 좋다 나쁘다를 판단할 수 없다. 질병 감염과 치료 속도 차이, 구체적인 이상징후 등을 통해서 면역력이 약해진 상태를 판단하기는 비교적 쉬운 반면 따로 병에 걸리지도 않았고 의심증세도 안 보이는 건강한 사람의 면역력을 이렇다 저렇다 판단하기는 어렵다. 면역은 엄청나게 많은 요소들이 서로 영향을 주고 있는 복잡한 상태라 그중에 의사 같은 전문가도 정밀 검사를 통해서만 특정 부분에서(특정 백혈구 수가 적다든지, 중요 효소가 결핍되었다든지) 환자의 면역반응이 약화되었다고 진단을 내릴 수 있는 것이지, 의사도 아닌 일반인이 얼핏 보고도 면역력이 이러니 저러니하는 것 자체가 불가능하다는 것. 하지만 이런 일반인들의 질병에 대해 두려워하는 심리를 파고들어 건강기능식품을 팔아치우려고 하는 상인들은 항상 존재해왔고, 또 거기에 넘어가서 출처불명의 식품들이 굉장히 많이 팔리고 있다는 점은 잘못된 민간요법의 한 단면이기도 하다.일반적인 식단으로 정기적인 식사를 하고 있으면서 병에 걸리지 않은 상태라면 면역력이 잘 유지되고 있는 상태이며, 비싼 돈을 주고 어떤 음식이나 약을 사서 먹을 필요가 없을뿐더러 그런다고 없던 면역력이 증가한다는 보장이 없다. 선천적인 체질이 약해 감기 같은 질병에 쉽게 노출된다고 해도 자연적으로 치유되고 큰 병으로 이어지지 않는다면 면역 체계가 정상적으로 작동하고 있는 것이다.
그리고 백혈구나 항체 수치가 더 높다고 면역력이 좋은 것도 아니다. 백혈구는 정상수치가 하한과 상한이 동시에 있으며, 상한을 넘으면 염증반응 중[42]이거나 비정상적으로 증식한 상태[43]다. 항체도 적정 수준 생산되어야 좋은 거지, 쓸데없이 많이 생산되어 봐야 괜히 에너지만 쓰고 피만 약간 더 탁해질 뿐 여분은 쓸모가 없다. 음식물이 면역세포나 항체를 더 증가시켜주는 것도 아닌 데다가, 증가시키는 것이 불필요하다. 만약 검사상 면역 균형 깨진 상태라면 그 균형이 깨진 이유를 찾아 고쳐야 하는 것이며 음식으로 해결되지 않는다. 오히려 잘못된 방향으로 작용을 해서 멀쩡한 면역체계의 밸런스를 붕괴시켜 약화시키는 경우가 생길 우려가 있다. 특히 특정 약품성분이 포함된 경우 그것 때문에 항체반응이 일어나면 그게 면역이 강화된 것이라고 하는 사기꾼인 경우가 더 많다.
또한 이 면역계를 맹신하여 각종 질병을 예방하는 백신을 고의로 거부하거나, 자연스러운 면역을 키운다며 일부러 위생을 소홀히하는 경우도 있다.[44][45] 이 역시 유사과학의 한 형태이다. 이에 대해선 백신 반대 운동, 안전한 예방접종을 위한 모임 문서 참조.
애초에 현대들어서 위생이 좋아지니 체감이 안 되어서 그렇지 단 100년전만 해도 위생때문에 어린이들과 노인이 싸그리 죽어나갔단걸 생각해보자. 어차피 면역은 성인이 되면 저절로 좋아진다. 겨우 음식따위로 면역력을 증가시킬수 있는 물질이 있다면 항생제 따위 만들지도 않고 감기만 걸려도 해당 물질을 때려박는식으로 썼을것이며 곧 만능통치약이 된다. 현실은 비슷한 물질조차 없어서 상당수가 대증요법을 쓰는걸 잊지말자
9. 관련 문서
[1]
포유류에서 이와 비슷한 Toll-like receptor(TLR)가 발견된다. 세균이나 바이러스 등의 분자패턴/유전정보 등을 감지하는 센서이다. 이걸 발견한 과학자는 노벨상(2011년, Bruce Alan Beutler)을 받았다.
[2]
대표적으로
칠성장어.
장어와는 다르다.
[3]
그러니까 네 발로 걸어다니는 것들
[4]
특히 박테리아
[5]
요즘 자가면역질환이 많은 이유 중 하나로 T세포에는 면역계가 과하게 날뛰는 것을 방지하는 '제어성 T세포'가 존재하는데
창자 등에 사는 세균(Bacteroides flagilis 등)이 이 제어성 T세포를 적당히 생산시키거나 교육시키는 화학물질을 내뿜기 때문에 우리 몸의 정상적인 단세포생물과 정상생물총이 사라지면 제어성 T세포의 효율이 급격히 떨어진다.
[6]
여기서 이로운 세균과 해로운 세균을 구분했는데 한 가지 전제가 붙는다. 우리 몸이 필요로 하는 장소에서 살아갈 것. 다른 곳에서 번식 시 적으로 간주하기도 한다.
[7]
주판 튕기던 시대에서 한 번에 최신식 컴퓨터로 넘어갔다는 비유가 돌 정도. 이
CRISPR 기술을 사용하면 기존에 2년 걸릴 실험을 1주일 만에 해결할 수 있고 엄청나게 비싼 장비가 필요해서 대형 연구소에서나 유전공학 실험을 할 수 있던 이전과 달리, 단돈 9달러에 간단한 유전자 조작 실험을 해볼 수 있는 키트가 팔릴 정도다(...)
[8]
디펜신(defensin) 등
[9]
적혈구를 파고 들어가서 뚫고 나오는 말라리아 원충에 감염되는 적혈구는 타 세포와 달리 면역계에 감염된 걸 알릴 수 없다고.
[10]
피부를 동해 수많은 병원체의 침입을 막고 상한 음식을 피함으로써 배탈이 나는 것을 예방한다.
[11]
특이성 면역(specific immune system)과 반대되는 의미이다.
[12]
"외부에서 침입한 이물질" 정도의 뜻으로 보면 된다. 자세하게 들어가자면 조금 복잡하지만...
[13]
펩티도글리칸, LPS, 플라겔린 등 우리 몸에 없는 물질들의 대략적인 패턴을 감지하여 반응하기 때문에 대략적으로 구분은 가능하다. 침입한 놈이 그람음성세균인지, 그람양성 세균인지, 곰팡이인지, 바이러스인지는 구분할 수 있다.
[14]
후천 면역은 최소 수 일이 걸린다.
[15]
이로운
유산균 등이 감지되든 병원균이 감지되든 선천면역 세포나 채액은 동등히 파괴해버린다.
[16]
소장의
융털을 펼치면
테니스 코트 넓이가 나온다. 피부보다 접촉 면적이 훨씬 넓다.
[17]
세균으로부터 혈관,조직을 보호하는 것이 1차적 역할이며 이 장의 점액엔 세균의 천적
박테리오파지가 붙어 있어, 이 박테리오파지를 이용해 세균으로부터 우리 몸을 방어한다.
[18]
조직에 원래 있던 놈 + 혈액을 돌다 소집된 놈. 발생학적으로 따지면 이 둘은 서로 다른 세포이다.
[19]
바이러스 감염의 경우
자연살해세포(natural killer cell)들이 활약한다.
[20]
바이러스는 온도가 올라가면 구조가 불안정해지고 박테리아의 경우는 감염에 필요한 효소가 비활성화되거나 파괴된다.
[21]
그정도 온도로 어떻게 신체 조직이 익을 수 있나 의아하다면
수비드를 생각하자. 고기도 그 온도에는 별 수 없이 익어버리는데 그와 흡사한 인간의 신체 조직도 익지 않을 리 없다.
[22]
참고로 이 증상을 일으키는 바이러스 중 가장 강력한 건 그 유명한
에볼라 바이러스.
[23]
전쟁으로 비유하면, 정석적인
브로큰 애로우이다.
[24]
정확하게 이야기하면 온도설정점이 상승해서 그에 따른 체온상승.
[25]
군대로 비유하면 교전 중 발생하는 부수피해에 해당한다. 소총탄으로 싸운다면야 흠집만 좀 지형이나 건물에 남는 것으로 피해는 적지만 대포나 미사일이 날아들면 지면에 구덩이가 파이는 것과 같다.
[26]
쿠르츠게작트의 영상.
[27]
RNA를 잘라버려 제기능을 못하게 하는 단백질 합성을 촉진시킨다. 결국 바이러스가 증식을 못하게 된다
[28]
항원이 처음 침입했을 때 기억 T 림프구와 기억 B 림프구를 생성해 두었다가 그 항원이 다시 침입하면 이들을 통해 전보다 빨리 후천 면역을 유도하는 효과.
[29]
이때 사용하는 백신(vaccine)은 독성이 약화된 항원을 몸 속에 집어넣는다.
[30]
항원-항체 특이성(Antigen-Antibody specify), 항체가 오직 특이적인 항원에게만 결합하는 성질.
[31]
"아군의 변절자"는 바이러스에 감염되어버린 조직세포를 의미한다. 감염된 세포는 더이상 정상적인 기능을 수행할 수 없을뿐더러 자체적으로 바이러스를 생산하는 공장이 되어버려 주변 세포의 안전까지 위협하므로 속히 파괴하는 것이다.
[32]
대식세포,
B세포,
수지상세포 등 항원제시세포
[33]
쉽게 이야기하면 선천 면역의 역할은 후천 면역, 그중에서도 항체가 만들어질 때까지 시간을 버는 것이라 볼 수 있다.
[34]
정확히는 특정
항원결정기(Epitope)와 결합하는 항체와 면역세포가 작용하므로 병원체 X에 작용하는 항체들 중에는 다른 병원체에도 작용하는 것들이 있을 수 있다. 운이 나쁘면 병원체에 작용하는 항체가 비슷한 구조의 단백질을 지닌 우리 몸을 공격하는 경우도 존재한다...
[35]
전술했던 군대 비유를 다시 끌어오자면, 침입하는 전투기 기종마다 각각 해당 기종에만 맞춤형으로 대응하는 사령부(보조 T세포)와 장교(B세포)가 존재한다는 말이다. 무려, 침입하기 전부터!
[36]
그 수명은 세포에 따라 다르다
[37]
물론 이들도 면역 세포와 정면으로 맞붙어 싸우는 건 아니다. 에이즈를 일으키는 바이러스인 HIV의 경우 DNA 속에 숨어있다가 T세포를 급습해서 숙주로 삼는다.
[38]
군대에 비유하면 군대가 자국민을 적군으로 오인하여 총칼을 겨누는 것과 같다.
[39]
이걸 다시 군대에 비유하면, 고작 유실된 에드벌룬 하나 잡겠다고 발사한 대공미사일이 오폭해 도심에 피해를 입히는 것과 같은 것이다.
[40]
의사가 아닌 기타 의료인이나 의약관련 종사자 포함. 의사가 오히려 환자들이 알기 쉽도록 구체적인 방법보다는 설명을 간단하게 표현하는 경우가 많다.
[41]
다만 건강식품 원료 중에는 홍삼과 같이 '면역력 증진에 도움을 줄 수 있음' 이라고 표기 가능한 원료들이 있다.
[42]
쓸데없이 발생하는 염증반응은 정상 조직도 죽이기 때문에 단연코 해롭다.
[43]
백혈병, 림프종 등에서 상한을 넘어 증가할 수 있다. 물론 그런 음식을 먹는다고 백혈병이 생기진 않겠지만...
[44]
어린 시절 지나친
위생이 오히려 면역체계의 발달을 저해한다는
위생가설(hygiene hypothesis)이 있기는 하나, 이는 결벽적인 청결의 역효과를 경고하는 것이지
위생에 신경쓰지 말라는 이야기가 아니다.
[45]
이론적으로 위생을 소홀히하여 면역력이 증가하는 것은 가능하긴 하다. 위에서 서술된대로 사령부 역할을 하는 T세포에 직접 때려박으면 된다. 쉽게 말해, 위생이 더러운 수준이 아니라, 병을 걸리려고 노력해서, 걸리고 병원 안 가고 자연 치유하는 수준까지 가면(...) 이론적으로 가능하다.
물론 걸리고 살아남는다는 장담은 없다.