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헬리코박터, 너의 정체를 밝혀라

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  이은희 : 프레시안

위 속에 세균이 산다고?
  
  1979년, 그 때에도 호주의 로열퍼스 병원에서 병리학자로 일하던 워렌 박사는 위염과 위궤양, 십이지장궤양 등 소화기 질환을 앓고 있는 환자들의 조직을 검사한 결과, 이들 중 상당수의 환자들의 조직 속에서 처음 보는 형태의 박테리아를 관찰했습니다. 더불어 박테리아가 번식한 곳 주변에는 항상 염증이나 궤양 등의 이상이 있다는 것도 더불어 눈치 챘지요. 그러나 그는 처음에는 자신의 발견에 의심을 품지 않을 수 없었습니다. 왜냐하면 위는 강산성의 위액이 분비되기 때문에 미생물은 절대로 살 수 없다는 것이 그 때까지의 통념이었으니까요.

   미생물들은 종류에 따라 적정 ph 범위가 조금씩 다르기는 하지만, 대부분 ph 7~8의 중성 혹은 약한 알칼리성일 때 잘 자랍니다. 사람은 염산이 든 위액을 하루에 2~2.5리터씩 분비합니다. 이로 인해 위장 내부의 ph는 1~3 정도의 강산성을 띠게 됩니다. 그리고 이렇게 낮은 ph는 위에서 작용하는 단백질 분해효소 펩신을 활성화시키는 역할도 합니다. 따라서 위 내부는 ph도 낮은 데다가 펩신까지 작용하기 때문에, 우리가 음식물과 함께 삼킨 미생물들은 대부분 위에서 죽어버리기 때문에 이런 혹독한 환경에서 살 수 있는 생명체는 없다는 것이 통념이었죠. 물론 워렌 박사도 그런 통념을 알고는 있었지만, 그의 눈에 보이는 이 미생물들의 존재는 설명할 방법이 없었습니다.   결국 워렌 박사는 자신의 연구결과를 토대로 위 속에 염증을 일으키는 세균이 서식할지도 모른다는 발표를 하기에 이릅니다. 그러나 사람들은 대부분 그의 말을 무시했고, 때로는 거짓말장이로 몰아붙이기도 했습니다. 그만큼 위 속에서는 세균이 살 수 없다는 믿음이 강했기 때문이었지요. 사실 아직까지도 헬리코박터를 제외한 미생물이 위장 내에서 발견된 적이 없습니다. 헬리코박터는 유일한 예외였던 것이죠. 그러나 이런 워렌 박사를 믿고 그와 함께 연구했던 사람도 있었으니, 그가 바로 노벨상 공동수상자인 배리 마셜 박사입니다. 1981년 만난 두 사람은 의기투합하여 드디어 1983년 위장 속에 사는 세균의 배양에 성공해 여기에 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori)라는 이름을 붙여주고, 자신들의 연구결과가 거짓이 아님을 증명합니다(참고로 '헬리코'는 나선 모양, '박터'는 세균, '파일로리'는 위의 유문 부위를 뜻하는 말로, 풀이하자면 위장에 사는 나선 모양의 세균이라는 뜻이 됩니다).
  
  헬리코박터는 발견에서 인공배양에 이르기까지 4년이라는 시간이 걸릴 정도로 까다로운 세균이었고, 그래서 사람들은 더욱 이들의 보고를 믿지 않으려고 했었지요. 그래서 이들의 헬리코박터 증명 실험에는 재미있는 에피소드들이 많이 알려져 있습니다.
    
  그 첫번째가 헬리코박터의 인공배양 성공입니다. 마셜 박사는 워렌 박사와 마찬가지로 환자의 몸에서 떼어낸 조직 샘플에서는 헬리코박터를 관찰했지만, 이 균을 인공적으로 배양하는 것에서는 번번히 실패했습니다. 아무리 위 속과 같은 조건을 맞추어 주어도 헬리코박터는 자라지 않아, 마셜 박사는 실험을 접고 휴가를 떠났습니다. 그런데 실수로 헬리코박터 배양에 쓴 배양접시를 버리지 않고 그대로 인큐베이터에 넣어두고 갔던 것입니다. 그리고 휴가를 마치고 돌아왔더니 인큐베이터 안에서는 그렇게 신경을 써 줘도 자라지 않던 헬리코박터가 인큐베이터 안에서 자라고 있었다고 하지요. 헬리코박터는 산소 2-8%, 이산화탄소 10%, 온도 37℃에서 3-5일 이상 배양해야 겨우 관찰할 수 있습니다. 또한 대기 중에서는 실온에서 6시간 이내에 모두 사멸하기 때문에 배양하기가 까다로워 전통적인 세균학적 방법으로 연구하기가 어려운 세균이었기 때문에 배양이 그토록 힘들었던 것이죠.
  
  이렇게 우여곡절 끝에 헬리코박터의 배양에 성공했지만, 그래도 의심많은 사람들은 여전히 헬리코박터의 존재와 소화기 질환 사이의 연관성을 믿으려 하지 않았습니다. 그래서 마셜 박사는 스스로 헬리코박터 배양액을 마시고, 급성 위궤양에 걸림으로써 자신의 연구결과를 증명하는 다소 엽기적인(!) 짓도 서슴지 않았지요. 헬리코박터가 사람들에게 인정받기까지는 참으로 험난한 과정을 겪어야 했답니다.
  
  헬리코박터, 너의 정체를 밝혀라
  
  헬리코박터는 크기 2~7㎛ 크기의 작은 세균으로, 나선형 몸통과 편모를 가지고 있어 액체 속에서 헤엄칠 수 있습니다. 위염, 위궤양, 십이지장궤양 등 소화기 질환에 주요 인자로 꼽히고 있으며, 최근 세계보건기구(WHO)에서는 헬리코박터를 위암의 유발인자로 발표했을 만큼 소화기 질환과 연관관계가 많은 세균입니다. 헬리코박터에 의한 감염률은 30대에 30% 정도였다가 나이 한 살마다 1%씩 증가한다고 보고 있습니다. 또한 우리나라 사람들은 국물 음식을 나눠먹는 식사 방식과 위장에 자극을 주는 맵고 짠 음식을 즐기는 식습관 때문에 헬리코박터의 서식률이 높은 편입니다. 이 헬리코박터균에 감염된 사람들의 65%는 위염에 걸려 있고, 이들 중 10∼20%가 소화성 궤양을 앓게 됩니다. 또한 위궤양 환자의 80%, 십이지장궤양 환자의 95%가 이 균에 감염되어 있는 것이 밝혀져 소화기 질환에 주요 원인이 된다는 확신을 굳히고 있지요.
        
  그러나 헬리코박터에 감염되었다고 해서 모두 위장병에 걸리는 것은 아닙니다. 다만 확률이 높아질 뿐이지요. 또한 헬리코박터균의 위점막 세포에 대한 흡착력, 균의 독성 정도, 감염자의 저항력, 감염 당시의 연령, 위산의 정도 등에 따라서 유병율이 달라집니다. 특히 위험한 것은 어릴 때 감염되는 것인데, 어린아기일 때 감염되면 헬리코박터의 위 속 서식 기간이 오래되어 어른이 되었을 때 대부분 심한 위축성 위염을 갖게 된다는 보고가 있습니다. 또한 다른 사람들보다 위궤양과 위암의 발생율도 높지요. 따라서 위장 질환에 자주 시달린다면 헬리코박터균을 없애는 것만으로도 재발율을 상당히 떨어뜨릴 수 있다 하니 의심이 되시는 분들은 가까운 병원을 찾아보시는 것도 좋겠지요.
  
    이는 헬리코박터에 대한 상반된 실험결과가 보고되고 있는 바에 따르면 예외적인 현상이라는 생각이 듭니다. 물론 헬리코박터를 없애면 철분 결핍성 빈혈이 완화되고, 만성 두드러기의 치료에 도움이 되는 등 위장질환의 치료 외에도 여러 가지 이점이 있는 것으로 알려져 있습니다.
  
  그에 반해 헬리코박터를 완전히 없애면 오히려 역류성 식도염 등 식도 질환이 증가하고 설사를 일으키며 살이 찌는 등의 부작용도 있다는 보고도 있어서, 헬리코박터가 '나쁜 균'이 아니라 인간의 진화와 함께 우리 몸 속에서 적응해 왔던 존재가 아닐까, 하고 의심하는 사람들도 있습니다. 예를 들어 대장균 같은 것이죠. 대장균은 우리 몸 속에 자연스레 존재하는 균이고, 평소에는 아무런 이상을 일으키지 않지만, 외부에서 대량으로 들어온다거나 독성이 있는 변종이 유입되는 경우에만 병을 일으키는 것처럼 말이죠.  그래서 헬리코박터 역시 이처럼 반드시 없애야 하는 존재가 아니라고 생각하는 사람도 많거든요. 그런데 노벨상 수상위원회에서는 헬리코박터를 발견해 위장질환을 해결하는 단초를 제시했다는 이유로 워렌과 마셜 박사를 수상자로 선정해서, 이들의 의견에 무게감을 실어주었지요. (그간의 보고와 논란들에 관심이 있다면 http://bric.postech.ac.kr/biotrend/search_list.php 를 참조하세요)

  헬리코박터는 다양한 특징을 가지고 있지만 그 중 첫번째 특징은 유리아제(urease)의 존재입니다. 위의 표를 보시면 위점막에 사는 헬리코박터는 모두 유리아제를 가지고 있는 것을 알 수 있습니다. 유리아제가 없는 헬리코박터도 몇 종 있지만, 이들은 위가 아닌 장점막이나 간에 존재하는 종류입니다. 혹시 헬리코박터가 강한 산성을 띠는 위 속에서 살 수 있는 것이 이 유리아제의 존재 때문은 아닐까요?

  과학자들이 이 점을 눈치 못 챘을 리 없습니다. 그렇다면 유리아제는 어떤 작용을 하는 물질일까요? 생물학에서 '-ase(아제)'로 끝나는 용어는 효소를 의미하는 경우가 많습니다. 예를 들어 pectinase(펙티나제)는 펙틴(pectin)을 분해하는 효소이고, 말타아제(maltase)는 맥아당(maltose)을 분해하는 효소를 말합니다. 따라서 유리아제란 유린, 즉 요소를 분해하는 효소라는 뜻이 되지요. 정확히 말하자면 유리아제란 요소(urea)를 암모니아와 이산화탄소로 분해하는 효소를 말합니다.
  
  헬리코박터는 이 유리아제의 활성이 매우 높습니다. 헬리코박터는 일반적으로 유리아제의 활성이 높다고 알려진 프로티우스(Proteus) 균종보다 100배 이상 강력한 유리아제 활성을 자랑합니다. 따라서 헬리코박터는 주변에 요소가 조금이라도 있으면 이를 매우 빨리 분해시킬 수 있지요. 요소가 분해되면 암모니아가 나오는데, 아시다시피 암모니아는 강력한 염기성 물질입니다. 따라서 헬리코박터는 강한 유리아제 활성을 이용해 암모니아를 얻어 주변을 염기성으로 만듦으로써 위액 속의 염산에 대항할 힘을 얻게 되는 것입니다. 이것이 바로 모든 세균이 살 수 없는 위점막에서 헬리코박터가 살아가기 위한 대응책이지요.
    
  
다양한 헬리코박터들. 왼쪽은 인간의 위에 사는 헬리코박터 파이로리, 오른쪽은 개나 고양이의 위에 사는 헬리코박터 펠리스의 모습이다.

  헬리코박터의 두 번째 특징은 이 균은 매우 활발한 세균이라는 것입니다. 헬리코박터의 사진을 보면 아시겠지만 헬리코박터는 동물의 꼬리와 비슷한 편모(flagella)라는 운동기관을 5~6개 가지고 있어서 이를 이용해 액체 속에서 재빨리 움직일 수 있습니다. 헬리코박터는 이런 활발한 움직임을 통해 마치 미꾸라지가 진흙탕 속에서 요리조리 빠져나가듯이 위벽 내부를 감싼 점액층 속으로 파고 들어갈 수도 있고, 그 속에서 자유롭게 돌아다니면서 살아갈 수 있답니다. 위 내부와 같은 혹독한 환경에서 살다보니 이런 재빠른 움직임과 주변의 ph를 조절할 수 있는 유리아제의 높은 활성이 헬리코박터의 특징으로 남게 된 것이죠.

  1997년 과학잡지인 <네이처>에는 '소화기관 병원성 세균 헬리코박터 파이로리의 완전한 게놈 서열(The complete genome sequence of the gastric pathogen Helicobacter pylori)'이라는 제목의 논문이 게재되었습니다. 이 논문은 말 그대로 헬리코박터 게놈의 유전자 서열을 모두 밝힌 것으로, 헬리코박터가 위궤양을 일으키는 매커니즘을 추측하는데 많은 도움을 주었습니다.    헬리코박터는 배양하면 VacA라는 독성물질을 만들어내게 됩니다. 그런데 VacA가 모든 헬리코박터균에서 나오는 것은 아닙니다. 궤양 환자에서 추출한 헬리코박터의 경우 60% 이상이 VacA를 분비하는 종류였지만, 증상이 없는 사람의 경우에서는 이 비율이 30% 정도로 보고되고 있어서, VacA를 만들어내는 헬리코박터의 양이 궤양을 일으키는 원인이 되는 것으로 추측되고 있습니다.    그러나 증상이 없는 정상인의 경우에 VacA를 만들어내는 헬리코박터가 50%에 육박하는 경우도 있고, 이 외에도 헬리코박터가 만들어내는 다른 물질들도 있어서 아직까지 헬리코박터가 궤양을 일으키는 과정은 부분부분 빈 공란이 남아 있습니다. 그래서 개인적인 의견으로는 까다로운 노벨상 선정위원회가 헬리코박터를 발견한 것으로(아직 메커니즘을 확실히 밝히지 못했는데) 올해의 노벨상을 수여한 것이 조금은 의외로 느껴지기도 했습니다.   하지만 아무 것도 살 수 없다던 위에서 세균이 살고 있음을 증명했고, 그 세균을 죽이는 것으로 많은 사람들을 괴롭히는 소화기 장애의 치료법을 열었다는 것 자체에 대한 의미는 대단히 큰 것이니, 올해의 노벨상은 이 점에 중점을 둔 것으로 보입니다.
  
  유산균 음료와 헬리코박터는 상극일까?
  
  올해의 노벨상 수상자 중 한 명인 배리 마셜 박사는 우리에게는 매우 익숙한 이름입니다. 몇 년 전 모 유산균 음료 CF에 출연하여서 '헬리코박터'라는 이름을 우리에게 각인시킨 장본인이었으니까요. 그래서 올해 마셜 박사가 노벨상 수상자로 선정되자, 과거 그를 CF에 등장시켰던 모 회사는 쾌재를 불렀다는 소문도 들려옵니다. 그런데 과연 유산균 음료가 헬리코박터를 없애는 데 도움을 줄 수 있을까요?
      
    
  여러 개의 긴 편모를 가진 헬리코박터는 운동성이 좋아 위점액층 사이를 요리조리 헤집으며 살아간다.

  이에 대해서는 의견이 분분하나, 다수의 의사들은 회의적인 것으로 알려지고 있습니다. 그 이유는 강산성인 위액에도 견디고 항생제에도 버티는 성질이 강한 '독종'인 헬리코박터가 유산균 음료 정도에 박멸되리라는 것을 쉽게 믿을 수 없기 때문이지요. 헬리코박터의 치료에 가장 많이 이용되는 방법은 두 종류의 항생제와 강력한 위산억제제 등 3가지 약을 한꺼번에 2주간 먹는 방법입니다.   이 방법은 치료시 환자 본인이 위에서 올라오는 항생제 냄새를 느낄 정도로 강력한데, 이런 치료 후 헬리코박터를 제거할 가능성은 65~94% 정도로 알려져 있습니다. 또한 치료 후 1년이 지나면 다시 10%의 환자들이 감염될 정도로 재감염율도 높은 세균입니다. 이렇게 독한 녀석들에게 유산균이 대적할 수 있을까요? 게다가 앞에서도 말했듯이 위 속에서 살 수 있는 세균은 헬리코박터를 빼고는 아무도 없기 때문에 유산균 역시 위 속의 강한 산성을 버티지 못하고 죽어버릴 것이니 유산균이 헬리코박터와 싸워서 이를 이겨낼 것으로는 생각할 수 없습니다. 유산균이 장까지 살아서 가기 위해 캡슐에 유산균을 넣어 만든 음료가 등장한 것 역시 유산균은 위에서 죽는다는 사실에 의거한 것입니다