病原體병원체와 免疫면역

◁ 12saenggwa-0204 ｜ 抗原항원 抗體항체 反應반응과 血液型혈액형 ▷

■ 12生생科과02-05: 病原體병원체의 種類종류와 特徵특징을 理解이해하고 우리 몸의 防禦방어 作用작용을 先天的선천적 免疫면역과 後天的후천적 免疫면역으로 區分구분하여 說明설명할 수 있다.

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疾病질병과 病原體병원체

感染性감염성 疾病질병

疾病질병은 原因원인에 따라 크게 둘로 나눌 수 있습니다. 病原體병원체가 몸에 들어와 생기는 疾病질병을 感染性감염성 疾病질병이라 하고, 高血壓고혈압·糖尿病당뇨병·癌암처럼 病原體병원체 없이 遺傳유전이나 生活생활 習慣습관, 環境환경 等등의 原因원인으로 생기는 疾病질병을 非感染性비감염성 疾病질병이라 합니다. 感染性감염성 疾病질병은 病原體병원체가 사람에서 사람으로, 또는 動物동물이나 물·飮食음식을 通통해 옮겨 갈 수 있으므로 傳染病전염병이 되기도 합니다.

어떤 微生物미생물이 特定특정 疾病질병의 原因원인이라는 것을 밝히는 일은 쉽지 않았습니다. 19世紀세기 末말 獨逸독일의 코흐는 炭疽病탄저병과 結核결핵의 原因菌원인균을 밝히면서, 어떤 微生物미생물이 病原體병원체로 認定인정되려면 그 疾病질병에 걸린 生物생물에서 늘 發見발견되고, 그것을 分離분리해 純粹순수하게 培養배양할 수 있으며, 培養배양한 것을 健康건강한 生物생물에 넣었을 때 같은 疾病질병이 생기고, 그 生物생물에서 다시 같은 微生物미생물을 分離분리할 수 있어야 한다는 基準기준을 整理정리했습니다. 이를 코흐의 原則원칙이라 합니다. 오늘날에는 培養배양이 어려운 病原體병원체나 症狀증상이 없는 保菌者보균자의 存在존재 때문에 이 原則원칙을 그대로 適用적용하기 어려운 境遇경우도 있지만, 病原體병원체를 科學的과학적으로 確認확인하는 思考사고의 틀을 마련했다는 意味의미가 있습니다.

病原體병원체의 種類종류

細菌세균은 細胞壁세포벽과 獨自的독자적인 物質代謝물질대사 機構기구를 가진 生物생물입니다. 1928秊년 英國영국의 플레밍은 푸른곰팡이가 자란 培養배양 접시 周圍주위에서 細菌세균이 자라지 않는 것을 發見발견했고, 여기서 얻은 페니실린이 最初최초의 抗生劑항생제가 되었습니다. 抗生劑항생제는 細菌세균의 細胞壁세포벽 合成합성이나 蛋白質단백질 合成합성처럼 細菌세균에만 있는 過程과정을 妨害방해해 細菌세균을 죽이거나 增殖증식을 막습니다. 그런데 抗生劑항생제를 濫用남용하면 抗生劑항생제가 듣지 않는 變異변이를 가진 細菌세균만 살아남아 퍼지는데, 이를 抗生劑항생제 耐性내성이라 합니다. 「進化와 生物多樣性」에서 본 自然選擇자연선택이 우리 눈앞에서 일어나는 例예입니다.

바이러스는 細胞세포가 아니며, 스스로 物質代謝물질대사를 하지 못합니다. 宿主숙주 細胞세포에 들어가 그 細胞세포의 物質代謝물질대사 機構기구를 빌려 自身자신의 核酸핵산과 蛋白質단백질을 複製복제합니다. 그래서 바이러스는 細胞세포 밖에서는 結晶결정처럼 存在존재하기도 하고, 生物생물과 無生物무생물의 境界경계에 있다고 말하기도 합니다. 抗生劑항생제는 바이러스가 가지지 않은 細菌세균의 構造구조를 겨냥하므로 바이러스에는 效果효과가 없습니다. 感氣감기에 抗生劑항생제를 쓰지 않는 理由이유입니다.

크기도 크게 다릅니다. 細菌세균은 大體대체로 1~10 μm 程度정도여서 光學광학 顯微鏡현미경으로 볼 수 있지만, 바이러스는 20~300 nm 程度정도로 細菌세균보다 훨씬 작아 電子전자 顯微鏡현미경으로만 볼 수 있습니다. 19世紀세기 末말 細菌세균을 걸러 내는 濾過器여과기를 通過통과한 液體액체가 여전히 담배 모자이크病병을 옮긴다는 事實사실이 밝혀지면서, 細菌세균보다 작은 病原體병원체인 바이러스의 存在존재가 처음 알려졌습니다.

原生生物원생생물 가운데 말라리아의 病原體병원체는 모기를 通통해 사람에게 옮겨지며, 사람의 肝간과 赤血球적혈구에서 增殖증식합니다. 말라리아는 只今지금도 해마다 數十萬수십만 名명의 목숨을 앗아 가는 疾病질병으로, 特특히 아프리카의 어린이가 많이 犧牲희생됩니다.

菌類균류는 곰팡이·酵母효모·버섯을 包含포함하는 眞核生物진핵생물로, 細胞壁세포벽이 細菌세균과 달리 키틴으로 이루어져 있습니다. 細胞세포의 基本기본 構造구조가 사람과 같은 眞核細胞진핵세포이므로, 細菌세균의 細胞壁세포벽이나 리보솜을 겨냥하는 抗生劑항생제는 菌類균류에 듣지 않고, 菌類균류의 細胞膜세포막에만 있는 成分성분 等등을 겨냥하는 抗眞菌劑항진균제를 따로 써야 합니다. 같은 理由이유로 사람의 細胞세포에는 害해가 적으면서 菌類균류만 골라 죽이는 藥약을 만들기가 細菌세균의 境遇경우보다 어렵습니다. 菌類균류는 胞子포자로 퍼지며, 무좀처럼 皮膚피부에 생기는 感染감염이 흔합니다. 칸디다처럼 平素평소 몸에 살던 菌균이 抗生劑항생제 使用사용이나 免疫면역 低下저하로 均衡균형이 깨질 때 疾病질병을 일으키기도 하는데, 이처럼 免疫力면역력이 弱약해진 틈을 타 생기는 感染감염을 機會기회 感染감염이라 합니다.

變形변형 프라이온은 核酸핵산이 없이 蛋白質단백질만으로 이루어진 特異특이한 病原體병원체입니다. 正常的정상적인 프라이온 蛋白質단백질이 잘못 접힌 變形변형 프라이온과 만나면 같은 模樣모양으로 잘못 접히고, 이 過程과정이 連鎖的연쇄적으로 이어지며 腦뇌 組織조직을 破壞파괴합니다. 遺傳유전 物質물질 없이 增殖증식하는 病原體병원체라는 點점에서 生命科學생명과학의 常識상식을 흔든 發見발견이었습니다.

우리 몸의 防禦방어 體系체계

우리 몸은 病原體병원체에 맞서 여러 層층의 防禦방어 體系체계를 갖추고 있습니다. 이 防禦방어 作用작용을 免疫면역이라 하며, 크게 先天的선천적 免疫면역과 後天的후천적 免疫면역으로 나뉩니다.

先天的선천적 免疫면역

先天的선천적 免疫면역은 태어날 때부터 갖추고 있는 防禦방어 作用작용으로, 病原體병원체의 種類종류를 가리지 않고 빠르게 作用작용합니다.

物理的물리적·化學的화학적 障壁장벽

첫 番번째 防禦線방어선은 病原體병원체가 몸 안으로 들어오지 못하게 막는 障壁장벽입니다. 皮膚피부의 가장 바깥은 죽은 細胞세포가 層層층층이 쌓인 角質層각질층으로 되어 있어 病原體병원체가 뚫고 들어오기 어렵고, 땀과 皮脂피지는 皮膚피부 表面표면을 弱酸性약산성으로 유지해 細菌세균의 增殖증식을 막습니다. 呼吸器호흡기와 消化器소화기의 안쪽을 덮은 粘膜점막은 끈끈한 粘液점액으로 病原體병원체를 붙잡고, 氣管기관의 纖毛섬모는 粘液점액을 목 쪽으로 밀어 올려 밖으로 내보냅니다. 눈물과 침에는 細菌세균의 細胞壁세포벽을 分解분해하는 酵素효소인 라이소자임이 들어 있고, 胃위에서 分泌분비되는 胃酸위산은 pH 1~2의 强강한 酸性산성이어서 飮食음식과 함께 들어온 病原體병원체 大部分대부분을 죽입니다. 皮膚피부와 腸장 속에 사는 數수많은 常在상재 細菌세균도 病原體병원체가 자리 잡을 空間공간과 營養分영양분을 先占선점해 防禦방어에 寄與기여합니다.

炎症염증 反應반응

障壁장벽이 뚫려 病原體병원체가 組織조직 안으로 들어오면 炎症염증 反應반응이 일어납니다. 손가락을 가시에 찔린 자리가 붉어지고, 붓고, 뜨거워지고, 아픈 것이 炎症염증 反應반응입니다.

1. 傷處상처 部位부위의 肥滿비만 細胞세포 等등이 히스타민 같은 化學화학 物質물질을 分泌분비합니다.
2. 히스타민은 毛細血管모세혈관을 擴張확장시키고 血管혈관 壁벽의 透過性투과성을 높여, 血液혈액의 흐름이 늘고 血漿혈장이 組織조직으로 새어 나옵니다. 그래서 部位부위가 붉어지고 붓고 뜨거워집니다.
3. 血管혈관 밖으로 나온 食細胞식세포가 化學화학 物質물질에 이끌려 傷處상처 部位부위로 모여들어 病原體병원체를 잡아먹습니다.
4. 죽은 食細胞식세포와 病原體병원체, 組織조직의 殘骸잔해가 모여 고름이 됩니다.

炎症염증 反應반응은 不快불쾌한 症狀증상을 일으키지만, 防禦방어 細胞세포와 物質물질을 感染감염 部位부위로 빠르게 集中집중시키는 過程과정입니다. 다만 炎症염증이 지나치거나 오래 이어지면 오히려 몸의 組織조직을 해칠 수 있습니다.

食細胞식세포 作用작용과 自然자연 殺害살해 細胞세포

食細胞식세포는 病原體병원체나 異物이물을 細胞세포 안으로 삼켜 分解분해하는 白血球백혈구입니다. 이 過程과정을 食細胞식세포 作用작용이라 합니다. 好中球호중구는 感染감염 部位부위에 가장 먼저 大量대량으로 몰려오고, 大食細胞대식세포는 더 오래 살아남아 病原體병원체를 處理처리하면서 後天的후천적 免疫면역을 始作시작하는 데에도 參與참여합니다.

自然자연 殺害살해 細胞세포(NK 細胞세포)는 바이러스에 感染감염된 細胞세포나 癌細胞암세포처럼 異常이상이 생긴 自己자기 細胞세포를 알아보고 죽입니다. 正常정상 細胞세포가 表面표면에 내보이는 標識표지가 줄어든 細胞세포를 攻擊공격하는 方式방식으로, 病原體병원체가 細胞세포 안에 숨어 있을 때를 對備대비합니다.

이 밖에 몸 全體전체의 溫度온도를 높이는 發熱발열도 先天的선천적 免疫면역의 一部일부입니다. 體溫체온이 오르면 一部일부 病原體병원체의 增殖증식이 느려지고 免疫면역 細胞세포의 活動활동이 活潑활발해집니다. 바이러스에 感染감염된 細胞세포는 인터페론이라는 蛋白質단백질을 分泌분비해 이웃 細胞세포가 바이러스에 抵抗저항하도록 돕습니다.

先天的선천적 免疫면역은 무엇을 알아보는가

先天的선천적 免疫면역이 '非特異的비특이적'이라고 해서 아무것이나 攻擊공격하는 것은 아닙니다. 食細胞식세포 等등은 細菌세균의 細胞壁세포벽 成分성분이나 바이러스의 核酸핵산처럼 病原體병원체 무리에 共通공통으로 있고 우리 몸에는 없는 分子분자 模樣모양을 알아보는 受容體수용체를 가지고 있습니다. 1990秊代년대 이 受容體수용체들이 밝혀졌고, 그 가운데 하나인 톨 類似유사 受容體수용체를 硏究연구한 學者학자들이 樹枝狀수지상 細胞세포를 發見발견한 學者학자와 함께 2011秊년 노벨 生理醫學賞생리의학상을 받았습니다. 先天的선천적 免疫면역은 特定특정 病原體병원체 하나하나를 區別구별하지는 못하지만, '病原體병원체라는 種類종류'는 알아보는 셈입니다.

後天的후천적 免疫면역

後天的후천적 免疫면역은 特定특정 病原體병원체를 正確정확히 골라 攻擊공격하고, 그 病原體병원체를 記憶기억하는 防禦방어 作用작용입니다. 처음 感染감염되었을 때는 反應반응이 일어나기까지 며칠이 걸리지만, 한 番번 겪은 病原體병원체에 對대해서는 훨씬 빠르고 强강하게 反應반응합니다.

抗原항원과 림프구

後天的후천적 免疫면역 反應반응을 일으키는 物質물질을 抗原항원이라 합니다. 病原體병원체의 表面표면 蛋白質단백질이나 毒素독소가 代表的대표적인 抗原항원입니다. 後天的후천적 免疫면역을 맡는 細胞세포는 白血球백혈구의 一種일종인 림프구로, 骨髓골수에서 만들어진 뒤 骨髓골수에서 成熟성숙하는 B 림프구와, 가슴샘(胸腺흉선)으로 옮겨 가 成熟성숙하는 T 림프구가 있습니다.

림프구 하나하나는 단 한 種類종류의 抗原항원만 알아보는 受容體수용체를 가지고 있습니다. 우리 몸에는 서로 다른 抗原항원을 알아보는 數수많은 種類종류의 림프구가 미리 準備준비되어 있어서, 어떤 病原體병원체가 들어와도 그것을 알아보는 림프구가 어딘가에 있습니다. 限定한정된 數수의 遺傳子유전자로 이렇게 多樣다양한 受容體수용체를 만들 수 있는 것은, 림프구가 成熟성숙하는 過程과정에서 受容體수용체 遺傳子유전자의 여러 조각을 無作爲무작위로 골라 이어 붙이는 遺傳子유전자 再組合재조합이 일어나기 때문입니다. 이를 밝힌 日本일본의 도네가와 스스무는 1987秊년 노벨 生理醫學賞생리의학상을 받았습니다.

抗原항원 提示제시와 補助보조 T 림프구

後天的후천적 免疫면역은 先天的선천적 免疫면역과 이어져 있습니다. 大食細胞대식세포와 樹枝狀수지상 細胞세포는 病原體병원체를 삼켜 分解분해한 뒤 그 조각을 細胞세포 表面표면에 내보이는데, 이를 抗原항원 提示제시라 합니다. 이 抗原항원 조각을 알아보는 受容體수용체를 가진 補助보조 T 림프구가 活性化활성화되어 增殖증식하고, 後天的후천적 免疫면역 反應반응 全體전체를 指揮지휘합니다.

抗原항원 조각은 아무렇게나 내보이는 것이 아니라 主要주요 組織조직 適合性적합성 複合體복합체(MHC)라는 蛋白質단백질에 실려 細胞세포 表面표면에 提示제시됩니다. 大食細胞대식세포나 樹枝狀수지상 細胞세포처럼 病原體병원체를 삼켜 提示제시하는 細胞세포는 MHC 클래스 Ⅱ 分子분자에 抗原항원 조각을 실어 補助보조 T 림프구에게 보여 줍니다. 한便편 核핵이 있는 몸의 거의 모든 細胞세포는 MHC 클래스 Ⅰ 分子분자에 自身자신의 細胞세포 안에서 만들어진 蛋白質단백질의 조각을 실어 늘 내보이고 있습니다. 細胞세포가 바이러스에 感染감염되면 여기에 바이러스 蛋白質단백질의 조각이 섞여 提示제시되므로, 뒤에 볼 細胞毒性세포독성 T 림프구가 感染감염된 細胞세포를 가려낼 수 있습니다.

抗原항원을 알아본 補助보조 T 림프구는 인터류킨 같은 사이토카인을 分泌분비합니다. 사이토카인은 免疫면역 細胞세포들이 서로 信號신호를 주고받는 데 쓰는 蛋白質단백질로, 같은 抗原항원을 알아본 B 림프구와 細胞毒性세포독성 T 림프구가 增殖증식하고 活性化활성화되도록 돕습니다. 補助보조 T 림프구가 後天的후천적 免疫면역의 指揮者지휘자라 불리는 것은 이 때문이며, 補助보조 T 림프구가 破壞파괴되면 두 갈래의 免疫면역이 함께 무너지는 理由이유도 여기에 있습니다. 補助보조 T 림프구가 活性化활성화되면 이처럼 두 갈래의 反應반응이 일어납니다.

體液性체액성 免疫면역

補助보조 T 림프구의 도움을 받아, 같은 抗原항원을 알아보는 B 림프구가 活性化활성화되어 增殖증식합니다. 增殖증식한 B 림프구의 大部分대부분은 抗體항체를 大量대량으로 만들어 分泌분비하는 形質형질 細胞세포가 되고, 一部일부는 記憶기억 細胞세포로 남습니다.

抗體항체는 Y字자 模樣모양의 蛋白質단백질로, 무거운 사슬 2個개와 가벼운 사슬 2個개로 이루어져 있습니다. Y字자의 두 팔 끝 部分부분은 抗體항체마다 아미노산 配列배열이 달라 特定특정 抗原항원과 열쇠와 자물쇠처럼 꼭 맞게 結合결합하는데, 이 部分부분을 可變가변 部位부위라 합니다. 抗體항체가 抗原항원과 特異的특이적으로 結合결합하는 것을 抗原항원 抗體항체 反應반응이라 합니다. 抗體항체는 病原體병원체나 毒素독소에 달라붙어 그 作用작용을 막고, 여러 病原體병원체를 엉겨 붙게 해 食細胞식세포가 쉽게 잡아먹도록 만듭니다. 抗體항체가 血液혈액과 림프 같은 體液체액 속에서 作用작용하므로 이를 體液性체액성 免疫면역이라 합니다.

細胞性세포성 免疫면역

바이러스처럼 細胞세포 안으로 들어간 病原體병원체에는 血液혈액 속의 抗體항체가 닿지 못합니다. 이때는 補助보조 T 림프구의 도움으로 活性化활성화된 細胞毒性세포독성 T 림프구가 나섭니다. 바이러스에 感染감염된 細胞세포는 바이러스 蛋白質단백질의 조각을 表面표면에 내보이는데, 細胞毒性세포독성 T 림프구는 이를 알아보고 感染감염된 細胞세포를 直接직접 죽입니다. 病原體병원체를 숨긴 自己자기 細胞세포를 통째로 除去제거하는 것입니다. T 림프구가 細胞세포를 直接직접 攻擊공격하므로 이를 細胞性세포성 免疫면역이라 합니다.

클론 選擇선택과 免疫면역 記憶기억

特定특정 抗原항원을 알아보는 림프구만 골라 增殖증식시키는 過程과정을 클론 選擇선택이라 합니다. 1950秊代년대 오스트레일리아의 버넷이 提案제안한 이 생각은 後天的후천적 免疫면역의 基本기본 原理원리로 자리 잡았습니다. 버넷은 뒤에 볼 免疫면역 寬容관용에 關관한 硏究연구로 英國영국의 메더워와 함께 1960秊년 노벨 生理醫學賞생리의학상을 받았습니다. 우리 몸은 미리 만들어 둔 多樣다양한 림프구 가운데 侵入침입한 抗原항원에 맞는 것을 '選擇선택'해 키우는 것입니다. 「進化와 生物多樣性」에서 본 變異변이와 選擇선택의 論理논리가 우리 몸 안에서 다시 나타나는 셈입니다.

增殖증식한 림프구 가운데 一部일부는 感染감염이 끝난 뒤에도 오래 살아남는 記憶기억 細胞세포가 됩니다. 같은 抗原항원이 다시 들어오면 記憶기억 細胞세포가 곧바로 增殖증식해 抗體항체를 만들므로, 처음보다 훨씬 빠르게 훨씬 많은 抗體항체가 생깁니다.

紅疫홍역이나 水痘수두를 한 番번 앓으면 다시 잘 걸리지 않는 것이 이 때문입니다. 病原體병원체 대신 毒性독성을 없애거나 弱약하게 한 抗原항원을 미리 넣어 記憶기억 細胞세포를 만들어 두는 것이 백신의 原理원리입니다. 1796秊년 英國영국의 제너는 소의 天然痘천연두인 牛痘우두를 사람에게 接種접종해 天然痘천연두를 豫防예방했고, 우리나라에서는 1879秊년 池錫永지석영이 牛痘法우두법을 익혀 普及보급에 나섰습니다. 백신의 種類종류와 作用작용 原理원리는 「백신의 種類와 原理」에서 따로 살펴봅니다. 毒感독감처럼 每年매년 새로 接種접종해야 하는 疾病질병은 病原體병원체의 抗原항원이 빠르게 變변하므로 以前이전의 記憶기억 細胞세포가 새 抗原항원을 알아보지 못하기 때문입니다.

自己자기와 非自己비자기

後天的후천적 免疫면역에서 가장 重要중요한 問題문제 가운데 하나는 自己자기를 攻擊공격하지 않는 것입니다. 遺傳子유전자 再組合재조합으로 受容體수용체를 無作爲무작위로 만들면 自己자기 몸의 物質물질을 알아보는 림프구도 생기기 마련입니다. 이런 림프구는 가슴샘과 骨髓골수에서 成熟성숙하는 過程과정에서 大部分대부분 除去제거되거나 活動활동이 抑制억제됩니다. 自己자기 物質물질에 反應반응하지 않는 이 狀態상태를 免疫면역 寬容관용이라 합니다.

免疫면역의 異常이상

免疫면역 體系체계가 지나치게 反應반응하거나, 自己자기를 攻擊공격하거나, 제대로 作動작동하지 않으면 疾病질병이 됩니다.

後天性후천성 免疫면역 缺乏症결핍증은 사람 免疫면역 缺乏결핍 바이러스(HIV)가 補助보조 T 림프구를 感染감염시켜 破壞파괴하면서 생깁니다. 補助보조 T 림프구는 體液性체액성 免疫면역과 細胞性세포성 免疫면역을 모두 指揮지휘하므로, 이 細胞세포가 줄어들면 後天的후천적 免疫면역 全體전체가 무너집니다. 그 結果결과 健康건강한 사람에게는 問題문제가 되지 않는 病原體병원체에도 쉽게 感染감염되고 特定특정 癌암의 危險위험이 높아집니다. 오늘날에는 바이러스의 增殖증식을 抑制억제하는 藥약으로 오래 健康건강하게 살 수 있게 되었습니다.

臟器장기 移植이식에서도 免疫면역이 問題문제가 됩니다. 다른 사람의 臟器장기는 細胞세포 表面표면의 MHC 分子분자가 내 것과 달라 免疫면역 體系체계에 非自己비자기로 認識인식되고 攻擊공격을 받으므로, 移植이식 받은 사람은 免疫면역 反應반응을 抑制억제하는 藥약을 먹어야 합니다. 免疫면역은 病原體병원체만이 아니라 '나 아닌 것' 全體전체를 가려내는 體系체계인 것입니다.

整理정리

우리 몸의 防禦방어는 障壁장벽과 炎症염증과 食細胞식세포로 이루어진 빠르고 넓은 先天的선천적 免疫면역과, 特定특정 病原體병원체를 正確정확히 겨누고 記憶기억하는 느리지만 精密정밀한 後天的후천적 免疫면역이 이어진 體系체계입니다. 先天的선천적 免疫면역은 病原體병원체를 붙잡아 後天的후천적 免疫면역에 알리고, 後天的후천적 免疫면역은 만들어 낸 抗體항체로 다시 食細胞식세포를 돕습니다. 그리고 이 모든 過程과정의 바탕에는 '나'와 '나 아닌 것'을 區別구별하는 能力능력이 놓여 있습니다.