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미생물 ≫ Limited ≫ 과장된 위험

왜 슈퍼박테리아는 지구를 정복하지 못할까?

- 미생물의 바다 : 이땅의 주인 미생물
- 수퍼박테리아 ? : 단지 내성균 or 적응균이다
- 진짜 슈퍼박테리아 : 대장균, 보톡스균 ...
- 내성의 매커니즘
- 미생물간의 전쟁 : 일어나지 않은 파국의 진실

- GMO, DNA와 유전자

왜 슈퍼박테리아는 지구를 정복하지 못할까?

GMO을 말하기 전에 생명의 기본 단위인 세포, 그 세포 하나로 이루어진 생명체인 세균에 대해 알아보자. 세균은 눈에 보이지 않는다고 쉽게 무시하지만 눈에 띄는 모든 생명체의 양보다 많다. 그래서 그 대부분은 인간에게 무해하지만 워낙에 종류도 많고 숫자도 많다보니 식품에서 최대 문제인 식중독의 주범이다. 이 세균 현상을 이해하는 것이 GMO의 실체를 이해하는데도 도움이 될 것이다

- 알고 보면 지구의 주인은 세균이다

인간의 신체 안팎에 살고 있는 미생물은 종류가 대략 1만여 종이다. 큰창자에 4000종이었다. 음식물을 씹는 이에 1300종, 코 속 피부에 900종, 볼 안쪽 피부에 800종, 여성의 질에서 300종의 미생물이 발견됐다. 어떤 연구자들은 사람의 입속에만 적어도 5000종의 미생물이 살고 있을 것으로 추정한다. 그리고 그 숫자는 100조 정도로 우리 몸의 체세포 숫자(60조)보다 많지만, 무게는 1.3~2.3㎏ 정도이다. 크기가 인간의 세포 1/1,000 정도로 매우 작기 때문이다.
지구 어디에서나 살아가고 있는 미생물의 숫자는 도저히 셀 수 없을 만큼 천문학적이다. 흙 1그램 속에는 중국 인구보다 더 많은 미생물이 살고 있다. 또한 지구상에 존재하는 동물, 식물, 미생물 등의 생명체 무게를 합산하면 미생물이 총무게의 60퍼센트를 차지한다고 한다. 지구의 최초 생명이었고, ‘지금 지구상에 존재하지 않는 곳이 없다’고 할 정도로 널리 분포하고 있기 때문에 실제 지구의 주인은 인간이 아니라 바로 미생물이라고 할 수도 있는 것이다.
더구나 증식속도도 비교할 수 없이 빠르다. 20분마다 한번 24시간이면 72번 분열한다. 한 개의 무개는 불과 10-12g. 하지만 하루가 지나면 272 분열하여 4,000톤의 양이 된다. 만약 이 속도로 하루를 더 자란다면 4000톤 *  * 272 =  6 X 1021톤이 되어 지구보다 커지게 되는 것이다.
생수를 마시다 보관했더니 하루 만에 4만 마리로 증식하였다고 하면 그것이 놀랄 일일까? 우리는 4만 하면 놀라지만 생수를 입에 대고 마시면 내 입안의 미생물에 의해 물이 오염된다. 그래서 순식간에 미생물의 숫자가 900이 될수 있다. 이들 세균은 20분마다 2배씩 증식하면 1800, 3600, 7200, 14400, 28800, 576000이 된다. 단 2시간이면 6만 마리가 정도가 되는 것이다. 보통 세균1마리가 10-12 정도니까 4만 마리는 0.00000004g, 즉 0.04ug 정도이다. 자유롭게 자랐으면 되었을 4,000톤에 비하여 정말 지극히 작은 양이다. 생수의 조건이 세균이 자라기 열악하여 극히 한 환경이었다는 증거이기도 하다.
세균의 존재 자체가 두려운 것은 아니다. 대부분 무해한 균이고, 식중독균이라고 해도 몇 마리에 의해 식중독이 일어나는 것이 아니고 균에 따라 다르지만 100만 마리 정도가 감염이 되어야 식중독이 일어난다. 예전에는 워낙 위생이 열악하여 위생의 수준을 높이는 만큼 국민의 건강에 기여를 했지만 지금은 이미 그 한계수준을 넘기도 하였다. 지나친 위생으로 알레르기 아토피 등 면역질환이 날로 심해지는 세상이기도 하다.

 


- 어마어마한 능력의 세균이 많다

종류도 많고, 숫자도 많고, 자라는 속도마저 엄청나게 빠른 세균과 우리는 항상 경쟁을 하는데, 세균은 그 능력마저 대단하다. 세상에서 최고 강력한 맹독성 물질도 미생물이 만든다. 보톡스는 미생물이 만든 지상 최강의 독으로 반수 치사량 (LD50)은 0.0000006그램으로 1그램으로 수십만 명을 죽일 수도 있다. 청산가리의 20만~3천만 배, 인공적으로 합성된 독 중 가장 강한 VX가스(화학무기)보다 3백~5만 배 강하여 천연, 합성을 통틀어 최강의 독이다.
이균 말고도 지구상에는 어마어마한 능력의 세균이 넘치고 넘친다. 보통의 세균은 50도 이상에서 사멸하고 75도 이상에서는 유전자의 DNA나선이 풀어지는데 70'C이하에서 생육불가 100'C 이상에서 증식하는 균(Pyrococcus furiosus)도 있다. 반대로 남극의 소금호수에 사는 균은 영하 12도에서도 증식을 한다고 한다. 보통의 세균은 냉장온도만 되어도 증식이 멈추는데 정말 대한한 내냉성(耐冷性)세균인 것이다. 그리고 보통의 세균은 산에 약하다. pH3만 되어도 증식이 어려운데 이보다 100배나 강한 pH1에서 사는 티오바실러스라는 균도 있다. 구리원광에 황산을 뿌려주면 황산을 영양으로 구리를 축적하는 균마저 있다. 지구 공기압보다 몇 백 배 높은 압력, 물이 없는 사막, 지하 1600m 암석 속, 화학적으로 생명체를 녹여버리는 환경, 심지어 핵폭발로 방사능이 누출된 지역 같은 극한의 상황과 조건에서도 살아남는 끈질긴 세균들이 있다.
그런데 왜 세상에는 그런 세균보다 보통의 세균이 많을까? 치상 최강의 맹독성 물질을 만드는 보툴리눔균은 포자 상태로 토양이나 해양침전물과 같은 자연환경에 흔히 존재한다. 더구나 일반 병원성 균은 60도만 넘어도 대부분 사멸하고 100도면 거의 100% 사멸되는데 이 균은 121도 이상에서 가열하여야 죽는다. 그런데 우리는 왜 이 세균으로부터 생각보다 안전한 것일까?
그리고 우리가 가장 걱정하는 세균이 내성균 이른바 항생제에 죽지 않는 슈퍼박테리아다. 발생한지가 벌써 40년이 지났고, 우리나라 병원에서 발생하는 슈퍼박테리아 감염 사례가 2011년 2만 2928건에서 2012년 4만4174건, 2013년 8만955건 으로 매년 증가하고 있다. 극한조건에 살아가는 세균과 강력한 독을 만드는 세균과 항생제에 죽지 않는 세균이 만나서 기능을 합하면 어떤 일이 일어날까? 그런데 이런 세균 간에 유전자 교환도 수시로 일어난다고 한다.

- 모든 세균은 끊임없이 유전자를 교환한다.

세균학자들이 미생물 사이에 유전물질을 자유롭게 전달한다는 것은 유전자(DNA)가 발견되기 전부터 알았다. 1928년에 프레드릭 그리피스가 폐렴균이 다른 종의 폐렴균(비록 그 균이 죽은 것이더라도)으로부터 유전물질을 획득하는 현상을 발견한 것이다. 세균이 유전물질의 일부를 서로서로 끊임없이 교환하고 있다는 것은 사실 엄청난 이야기이다. 우리 몸에 유전자는 2만 3천가지에 불과(?)하다. 그런데 우리 몸에 세균의 종류는 1만종 정도이다. 간단한 세균도 4000가지 이상의 유전자를 가지고 있는데 1만종이 각자 다른 유전자를 가지고 있다면 내 몸의 유전자의 1700여배에 해당하는 유전자가 내 몸에 살아가는 세균에게 있는 것이다. 중복하는 숫자를 제외해도 인간의 360배에 해당하는 유전자가 있다고 한다. 그런데 세균들 간에 유전자를 자유롭게 이동한다면 어떤 일이 벌어질까?
실제 항생제의 내성을 제공하는 유전자는 항생제가 만들어진 이후에 발명된 것이 아니라고 한다. 그 유전자는 이미 자연계에 다른 기능을 하는 유전자로 존재하고 있었는데 그것이 옮겨온 것이라고 한다. 대장균에서 몸 밖으로 항생제를 뿜어내는 펌프 중의 일부는 다른 세균이 신호 전달 분자를 방출하기 위한 펌프에서 진화한 것이라고 하고, 페니실린을 분해하는 내성균의 능력도 토양 속 미생물의 유전자에서 기인한 것이라고 한다. 지금까지 인류가 개발한 항생제 가운데 내성균이 나타나지 않은 것은 하나도 없다. 항생제를 쓰지 않는 병원이 있다면 모를까, 내성균이 없는 병원이란 이 세상에 존재하지 않는다.  
세균이 유전자를 교환하고, 변신을 하고, 환경에 적응하는 능력은 상상을 초월한다. 그 대표적인 예가 바이오 필름이다. 내가 예전에 상당히 기이하게 생각했던 것이 초기 균수에 따라 보존료나 살균의 효과가 달라지는 것이었다. 동일한 세균이면 동일한 조건에서 모두 사멸이 되어야 할텐데, 초기 오염의 균수가 많을수록 같은 살균 조건에서 버티고 남는 것이 많은 것이다. 그 이유가 궁금했는데, 나중에 세균은 개별적으로 존재하지 않고 일정 수가 증가하면 자기들 끼리 역할 분담을 하여 생태계를 이룬다는 것이다. 각자 무작정 증식하는 균보다는 일정 숫자에는 서로 군집체를 만드는 것이 유리하다는 것이다. 군집하여 연결망을 형성하면 서로 단백질이나 다른 분자들을 교환하여 먹이를 공유하고, 방어수단을 갖고 어려운 환경의 변화를 견딘다는 것이다. 필름 즉 바깥쪽 세균의 희생으로 안쪽의 세균은 혹독한 조건을 버티는 것이다. 미생물은 한 마리 한 마리 힘은 보잘것없다. 하지만 숫자가 커지면 전혀 새로운 능력이 출현하는 것이다. 이처럼 세균은 집단으로 행동하고 서로 영양이나 유전자를 교환하는데 왜 항상 그 정도 수준이고 진정한 모든 것을 다 갖춘 슈퍼박테리아는 등장하지 않는 것일까?


- 크기가 기능을 제한하고 기능이 크기를 제한한다.

세균은 크기가 정말 작다. 그리고 그 크기의 벽을 깨는 것은 거의 불가능에 가깝다. 원핵세균이 진핵세균으로 진화한 사건은 10억년에 한번 있을까 말까한 대사건이며 세균이 진핵세포가 되었다는 것은 직경이 10배 이상 커졌다는 의미이다. 직경이 10배이면 크기는 10*10*10배가 된다. 진핵 세포는 세균의 1000배 이상의 유전자와 기능을 가질 수 있다는 의미이다. 실제 5~20배의 유전자를 가지고 전혀 다른 삶을 살기도 한다. 특히 다세포로 묶여서 식물 동물은 온갖 거대한 생명체가 되었다.
중요한 것은 세균이 단순히 양이 늘려서 직경을 10배로 늘릴 수 있는 것이 아니다. 세균은 이미 자신의 구조로 가질 수 있는 최대의 크기를 가지고 있는 셈이고, 완전히 구조를 변신해야 직경이 10배로 커질 수 있다. 인간의 키는 1.7m인 사람이 2.7m만 되어도 온갖 장기와 뼈에 무리가 생겨 장수하기 힘들다 세균이 진핵세포가 되었다는 것은 1.7m의 키인 사람이 17m인 키인 사람이 되었다는 뜻이라 전혀 다른 방식의 생명체인 것이다.
세균은 항상 2㎛ 이하의 작은 크기를 가진다. 따라서 세균이 가질 수 있는 유전자는 극히 제한적이다. 생존을 유지하는데 절실한 유전자를 가지고 있어야지 불필요한 유전자를 많이 가지는 것은 다른 세균에 밀려서 도태가 될 뿐이다. 그래서 세균은 생각보다 독립적이지 못하고 세균간의 협력으로 살아간다. 어떤 세균의 부산물이 다른 세균의 필수 물질이기도 하고 다른 세균의 희생으로 만들어진 보호막 속에서 살아가기도 한다. 그리고 세균은 세포핵 구조가 없다. 자유로운 유전자의 이동 즉 가변성을 얻었으나 그 가변성의 희생물이 되어 일정 방향으로 스스로의 의지로 진화는 불가능하다.

- 진화가 아니고 퇴화가 기본이다

우리는 진화는 진보라는 생각하기 쉬운데 사실 생명은 진보보다 퇴화가 기본모드이다. 왜 암수가 존재하고 모든 생명이 유전자 교환을 하는지 근본적인 이유를 살펴보면 이 퇴화가 명확해지는데 이것은 유전자를 좀 더 설명하고 알아보기로 하고 일단 생명은 진보가 아니고 퇴화가 기본모드라는 것이 내가 최근에 생각해낸 명백한 사실이다. 그래서 진정한 슈퍼균이 등장하지 않고 항상 그 정도의 상태를 유지하고 내성균도 사라진다. 암 세포 가운데 항암제에 저항성을 보이는 세포를 따로 분리한 뒤 일정 시간 동안 관찰하면 시간이 흐를수록 저항성을 잃다. 때로는 항암제 농도가 치료조건보다 100배 높은 환경에서 살아남은 돌연변이 세포들도 있는데 이것도 한동안 약물에 노출되지 않으면 그 기능을 잃는다.
우리가 보튤리늄 독으로부터 안전한 것은 강력한 내열성과 독성을 가졌지만 번식력이 강하지 못해서 다른 세균과의 먹이 경쟁에서 밀리기 때문이고 다제내성균도 항생제로 다른 세균의 번식을 억제 했을 때나 번창할 수 있는 것이지, 야생에서 다른 세균과 경쟁하면 밀려서 도태된다. 세상의 기본원리는 엔트로피가 증가하는 방향이다. 즉 축적과 진화가 아니라 분해와 퇴화이다. 그래서 세균은 유전자를 주고받으면서 겨우 현상을 유지하지 그렇지 않으면 유전자는 돌연변이가 축적되어 점차 무질서해지고 기능을 잃을 수밖에 없다. 사실 세균은 새로운 유전자원을 확보하는 능력보다 기존의 유전자를 그대로 유지하는 능력이 떨어진다. 지능이 있어서 유리한 것을 선택적으로 들어오는 것이라 주변에서 랜덤하고 받아들이고 그것이 유리하고 불리하고는 전적으로 환경의 선택에 달린 것이다. 꾸준한 도태의 정화기능에 의하여 평균적으로 비슷한 정체성을 유지하는 것이다. 외부 요인에서 특정 유전자를 가진 세균에게 유리한 선택 환경이 주지 졌을 때 변화된 모습을 유지한다.
따라서 슈퍼박테리아란 말은 적합하지 않다. 독성도 강하고 항생제에 내성도 있는 무시무시한 균이 아니라 단지 여러 종류의 항생제 내성을 가진 균이라 대응이 곤란한 세균일 뿐이다. 여러 항생제에 내성을 가진 세균이란 뜻에서 ‘다제(多劑)내성균’이 정확한 표현이다. 대부분의 내성균은 건강할 때는 몸속에 들어오더라도 다른 세균에 밀려 영향을 주지 못한다. 대형병원의 중환자실 같이 항생제는 많이 쓰고 면역 능력이 거의 바닥상태인 환자에게서 치명적이며 건강한 사람에게는 노출되어도 노출 된지도 모르고 지나간다.

- 세균보다 훨씬 무서운 것이 바이러스 이다

병원성 세균, 내성균도 무섭지만 정말 대책도 없이 무서운 것은 바이러스이다. 예전에는 천연두, 스페인 독감등에 속수무책이었고 지금도 에이즈, 에볼라 바이러스 등에는 확실한 대책이 없다. 세균에 비해 1000 이상 작은 것이고 약점도 별로 없어서 면역 등에 의한 자연 치유 이외에는 대책도 별로 없다. 크기가 가장 작아 지구상에서 가장 개체수가 많다. 10^30, 1조를 10억번 한 숫자를 다시 10억번 해야 되는 숫자이다. 이들은 스스로 살아가는 힘은 없고 오로지 숙주가 있을 때만 살아간다. 숙주에 침입하여 숙주의 자원을 이용하여 자신의 유전자를 무한대로 복제한다. 그런데 항상 멈춤이 있다. 아니면 세상에는 바이러스 유전자만 남게 되었을 것이다. 그런 멈춤의 형태 중에는 숙주의 유전자로 편입되는 경우가 있고 그것을 레트로바이러스(retrovirus)라고도 한다. 이들은 유전자를 복제할 때 자신의 유전자를 숙주의 유전자 사이에 슬쩍 끼워 넣는다. 그 세포가 숙주의 생식세포인 경우에는 자식의 유전자에도 바이러스 유전자가 고스란히 딸려 들어갈 수도 있다. 이렇게 해서 인간의 유전자에 남겨진 부위를 HERV(human endogenous retrovirus)라고 부르는데 우리의 유전자의 약 8%를 차지하고 있다. 우리의 유전자가 바이러스에 의해 조작되는 것이다. 이것은 질환의 원인이 될 수도 있고 진화의 씨앗이 될 수도 있다. 태반을 형성하는 데 중요한 역할을 하고 있는 유전자도 이렇게 유입된 것이라고 한다. 인간을 비롯한 포유류, 조류, 곤충 등 다양한 동물의 유전에 이런 흔적들이 있다고 한다.
우리 인간의 유전자에서 바이러스에서 유래한 것을 모두 제거하면 과연 인간이라고 부를 수 있을까? 분명히 아닐 것이다. 인간은 부분적으로 바이러스의 후손인 셈이고 지금 우리가 그렇게 두려워하는 GM 기술은 바이러스가 원조이고, 인간의 GM 기술은 자연의 GM 기술의 차용일 뿐이다. 인간에게나 새로운 기술이지 자연에는 이미 아주 오래된 기술이다. 단지 자연은 랜덤하게 사용하고 인간은 목적성 있게 사용할 뿐이다. 과연 GMO가 무엇인지 그 본질을 한번 알아보자

GM 생각보다 안전하다는 주장
- GMO 안전성 검증 절차
- 몬산토 제조제 논란
- 육종은 안전하고 GM만 위험하다고?
- GMO도 육종의 한 방법이다
- 천연 GMO
- 이론적으로 안전하다. 그리고 미지의 위험에 대해 20년간 검증했다
- 전분당이나 식용유에  GMO 표시를 해달라는 것은 천하에 바보같은 짓이다
- 그래도 유전공학이 희망이다

- 내가 GMO 확대에 반대하는 이유는 안전 때문이 아니다