우리는 음식물과 함께 많은 세균을 먹는다. '위(Stomach)'는 이들 세균의 살균실이다. 위의 안쪽에는 염산을 분비하는 세포가 있는데, 공복 때 위 속은 pH1 정도가 된다. 이것은 금속을 녹일 정도의 강산인데, 이와 같은 산성에서는 세균이 죽는다. 그래서 위에 사는 세균은 없다고 알려져 있었다. 그러나 1983년에 이 정설을 뒤엎는 '헬리코박터 파일로리균(Helicobacter Pylori)'이 발견되었다. 당시에는 위 속은 강한 산성이므로 무균 상태라는 것이 상식이었는데, 이 균이 '위(Stomach)'에서 발견되면서 큰 충격을 주었다.
그러나 '헬리코박터 파일로리균'의 놀라운 점은 위 속에 산다는 사실뿐만 아니라, '위궤양', '위염', '위암' 등의 원인이 된다는 사실이다. 그때까지 위염이나 위궤양의 원인은 식사나 스트레스로 알려져 있었다. 그러나 '헬리코박터 파일로리균'이 발견되면서, 이것이 위염이나 위궤양의 주요 원인이라는 사실이 밝혀졌다. 또 최근의 연구에 의하면 '헬리코박터 파일로리균'이 위암을 일으키는 구조나, '헬리코박터 파일로리균'을 없애는 '제균'에 의해 위암이 될 위험도를 낮출 수 있다는 점도 밝혀졌다. '헬리코박터 파일로리균'은 세균으로는 암과의 관계가 인정된 유일한 존재이다. 이처럼 '헬리코박터 파일로리균'은 의학의 상식을 크게 바꾸어 놓은 세균이다. 발견자인 오스트레일리아의 두 의사 '로빈 워렌(Robin Warren)' 박사와 '배리 마셜(Barry Marshall)' 박사에게는 2005년에 노벨 생리·의학상이 수여되었다.
0. 목차
- '헬리코박터 파일로리균'의 발견
- 압도적인 감염자의 수, 감염 경로는 수수께끼
- 교묘하게 위에 잠복해, 다양한 독소로 인체를 공격한다.
- 파일로리균과 위암의 관계가 밝혀졌다.
- 파일로리균 없애기
- 만약에 항생 물질 이외의 방법으로 파일로리균과 싸우려면?
- 파일로리균로 인류의 역사를 파악한다.
1. '헬리코박터 파일로리균'의 발견
1-1. 위염 환자에게서 발견된 나선 모양의 세균
우선 오스트레일리아의 두 의사 '로빈 워렌(Robin Warren)' 박사와 '배리 마셜(Barry Marshall)' 박사의 헬리코박터 파일로리균 발견에 관련된 이야기를 먼저 소개한다. 1979년에 '로빈 워렌' 박사는 위염을 일으킨 위에서 꺼낸 점막을 현미경으로 관찰하고, 많은 환자에게 공통적으로 '나선균(나선 모양의 세균)'이 있다는 사실을 밝혔다. '로빈 워렌' 박사는 이 균을 위염의 원인으로 추정했다. 하지만 위염을 일으킨 원인이라고 단정하기엔 증거가 불충분했다.
우선 다른 요인에 의해 위염이 생기고, 그 후 세균이 거기에 정착한 것인지로 모를 일이었다. 실은 100년 정도 전부터 위 속에 세균이 있다는 보고는 있었지만, 그들은 위 속에 사는 세균이 아니라, 관찰 과정에서 들어간 것으로 간주되었다.
1-2. '헬리코박터 파일로리균'을 스스로 마시고 병원성을 증명하다.
'배리 마셜' 박사는 다음 단계인 '세균의 배양'에 도전했다. 그러나 다양한 조건의 배양액에서 배양을 시도해도, 이 세균은 전혀 배양되지 않았다. 그러다가 이런 상황이 갑자기 타개되었다. 1982년에 '배리 마셜' 박사는 '나선균'을 방치한 채 4일간의 휴가를 보내고 5일째에 돌아왔다. 그런데 배양액에 1mm 가량의 작은 부분에 세균이 모여든 '콜로니(세균 또는 단세포 조류·균류 등이 고형배지에서 육안으로 볼 수 있는 집단)'가 생겨 있었다. 사실은 그때까지 배양에 성공했던 다른 세균에 비해 위나선균의 증식 속도가 느렸던 것이다.
'배리 마셜' 박사는 다음으로 이 세균이 위염을 일으킨다는 것을 증명하기 위해, 돼지 등의 실험 동물에 이 세균을 멀게 했다. 그런데 동물들은 위염에 걸리지 않았다. 세균에 따라서는 어떤 동물에게만 감염되는 것도 있다. '배리 마셜' 박사는 이 나선균은 인간에게만 전염될지도 모른다고 생각했다. 그러면 이 가설을 확인하려면 어떻게 해야 할까? '배리 마셜' 박사는 결국 자기 자신을 실험 대상으로 삼기로 하고, 비커에 넣은 나선균을 직접 마셨다. 그 결과, '배리 마셜' 박사는 급성 위염에 걸렸고, 그 환부에서 이 나선균이 발견되었다. 이로써 이 나선균이 병원균이라는 사실이 증명된 셈이다.
그 후 이 세균은 '헬리코박터 파일로리균(Helicobacter Pylori)'이라고 불리게 되었다. '헬리코박터(Helicobacter)'는 '나선균', '파일로리(Pylori)'는 '유문'을 말한다. '유문(위와 십이지장의 경계 부분)'이란 위와 그 뒤로 이어지는 십이지장의 경계를 말한다. 유문 부근에 많이 있는 나선균이었기 때문에, 이런 이름이 붙게 되었다.
2. 압도적인 감염자의 수, 감염 경로는 수수께끼
2-1. 파일로리균의 감염자의 수는 압도적이다.
그 후 각국에서 사람들이 '헬리코박터 파일로리균(이 다음부터는 간단하게 파일로리균이라고 부름)'이 감염되어 있는지를 조사하는 검사가 실시되었다. 그 결과, 감염자의 수는 세계 인구의 약 절반에 이른다는 사실을 알게 되었다. 분당서울대병원 김나영 교수팀과 서울대병원 강남센터 임선희 교수팀이 연구한 결과에 따르면, 한국인의 '파일로리균' 감염률은 1998년 66.9%에서 2005년 59.6%, 2011년 54.4%에 이어 2016~2107년에는 43.9%로 지속적으로 감소 추세라고 한다. 감소 추세이긴 하나, 한국인도 '파일로리균'의 감염에서 자유롭지 못한 것이다.
2-2. 감염 경로는 아직 수수께끼이다.
그러면 '파일로리균'은 어떻게 이렇게 많은 사람에게 감염되어 있을까? 실은 '파일로리균'의 감염 경로는 분명하지 않다. '파일로리균'에 감염되어도 바로 증상이 나타나지 않기 때문에, 감염된 순간을 알 수 없어서 감염 경료를 규명하기 어렵기 때문이다.
하나의 설은 물을 통해 감염된다는 것이다. '개발도상국에 감염자의 수가 많은 점'이나 '상하수도 시설이 정비된 곳에서는 급속히 감염률이 낮아지고 있는 점'이 근거가 된다. '파일로리균'은 음식물 등에 섞여 위에서 장으로 이동하고, 몸 밖으로 배출된다. 배출된 '파일로리균'이 우물물 등에 섞여, 다시 몸속에 들어갈 가능성이 생각된다.
또 하나의 설은 부모에게서 자식이 감염된다는 것이다. 실은 입에서 적은 수의 파일로리균이 검출되는 일이 있다. 파일로리균의 유전자를 연구한 일본 오이타 대학의 '야마오카 요시오' 교수는 어머니와 자식은 파일로리균의 유전자가 비슷하다는 연구 결과 등에서, 주요 감염 경로는 부모-자식이라고 생각된다고 말했다. 근년에는 파일로리균 감염률이 낮아지고 있는 이유로는, 시판되는 이유식의 보급이나, 충치균이 어린이에게 옮는 것을 걱정하는 부모가 늘어가면서 부모가 입에 넣어 씹었던 밥을 자식에게 주는 일이 사라진 점을 들 수 있다. 한편, 감염 시기에 대해서는 지금까지의 연구에 의해 5세 미만의 유아기라는 사실을 알게 되었다. 유아기는 아직 몸의 면역이 완성되지 않은 시기이다.
3. 교묘하게 위에 잠복해, 다양한 독소로 인체를 공격한다.
여기서부터는 파일로리균은 인체에 들어간 다음, 어떻게 위에 상처를 내는지 알아보기로 하자. 우선 파일로리균이 위에 상처를 내기 위해서는 위에 머무르는 능력을 갖추어야 한다.
3-1. 파일로리균이 위에 교묘하게 잠복하는 방법
- 파일로리균은 위 속에서 사는데, 실은 '산(Acid)'에 강한 것은 아니다. 그래도 위 속에 머물 수 있는 것은 '산(Acid)'를 중화시키는 '장벽'을 치는 능력을 가졌기 때문이다.
- 파일로리균은 몸속에서 '우레아제(Urease)'라는 효소를 만든다. 이 효소는 '요소(Urea)'를 분해해 '암모니아(NH3)'와 '이산화탄소(CO2)'로 만드는 작용을 하는 단백질이다. '요소'는 간에서 만들어지는 수용성 분자인데, 혈류와 더불어 몸속을 돌며 위 속에도 존재한다. 암모니아는 알칼리성이므로, 위산을 중화시키는 셈이다.
- 또 파일로리균은 인간의 위점액도 교묘하게 이용한다. 위점액은 강력한 위산에 의해 위벽이 상처나는 것을 막는 역할을 한다. 이 점액을 분비하는 세포는 산을 중화시키는 물질을 분비한다. 그래서 점액의 위벽 쪽은 중성에 가깝다. 파일로리균은 이 점액 안에 많이 존재한다.
- 더욱이 파일로리균의 파일로리균의 '편모'와 '접착 인자'도 위 속에 머무르는 데 도움이 된다. 편모는 가늘고 긴 튜브 모양의 구조인데, 운동하는 데 쓰인다. 파일로리균은 4~8가닥의 편모를 가지고, 이들을 고속으로 회전시켜 1초에 몸길이의 10배 정도 되는 거리를 이동할 수 있다. 또 '접착 인자'는 파일로리균의 표면에 있는 단백질로, 파일로리균이 위의 표면 위에 달라붙는 데 쓰인다.
3-2. 파일로리균이 위에 상처를 주는 방법
이를 바탕으로 위에 잘 잠복한 파일로리균은 여러 가지 방법으로 인체에 상처를 준다. 콜레라의 경우는 콜레라 독소라는 식으로, 많은 병원균은 숙주에 상처를 입히는 인자를 하나만 가지고 있다. '콜레라'의 경우는 '콜레라 독소'라는 식으로, 많은 병원균은 숙주에 상처를 입히는 인자를 하나만 가지고 있다. 하지만 파일로리균의 '상해 인자(인체에 상처를 내는 단백질 등)'는 다양하다.
이들 '상해 인자'는 세포를 파괴하거나 세포의 이음매를 끊음으로써 위의 표면 세포에 직접 상처를 입힌다. 그러면 점액으로 지켜지던 위의 표면이 직접 위액에 노출되어 위궤양 등이 일어난다 위궤양의 80% 이상, 십이지장궤양의 90% 이상의 환자가 파일로리균 감염자라고 한다.
4. 파일로리균과 위암의 관계가 밝혀졌다.
스트레스로 위궤양이 된다고도 하는데, 파일로리균은 스트레스성 위궤양과도 관련되어 있다는 연구 결과도 나와 있다. 일본에서 위궤양과 파일로리균의 관계를 조사하는 연구가 실시된 적이 있는데, 1999년에 발표된 이 연구 결과에 따르면, '파일로리균 감염자'는 '파일로리균에 감염되지 않은 사람'의 3배 이상이나 '스트레스성 위궤양'에 잘 걸렸다. 그런데 근년에는 위궤양뿐만 아니라, 위암과도 파일로리균이 관련되어 있다는 증거가 계속 나오고 있다.
일본 국립암연구센터'는 '파일로리균'과 '위암'의 관계를 조사하기 위해, 약 40000명을 대상으로 한 역학 연구를 해서 2006년에 그 성과를 발표했다. '역학 연구(Epidemiological Research)'란 다수의 집단으로 해서 '어떤 질병의 원인으로 생각되는 것'과 '그 병' 사이에 관계가 있는지를 통계적으로 조사하는 연구이다. 이 연구 결과, 파일로리균을 가지고 있으면, 위암에 걸릴 확률이 적어도 5.1배나 높아진다는 사실을 알게 되었다.
그리고 2002년~2008년에는 일본 도쿄 대학의 하타케야마 마사노리 교수 등의 연구로, 파일로리균이 만드는 상해 인자의 하나인 'CagA(캐그 에이)'라는 단백질의 작용으로 암이 생긴다는 사실이 확인되었다. CagA는 주사의 바늘 같은 장치를 통해 위의 세포 속에 들어간다. 주입된 CagA는 세포의 증식 등과 관계되는 SHP2라는 단백질을 활성화시키는 등의 작용으로 세포를 암에 걸리게 한다. 2008년에 CagA를 몸속에 만들도록 유전자 조작을 한 생쥐를 이용해 실험한 결과, 그 생쥐는 암에 잘 걸린다는 사실도 확인되었다. 세균이 만드는 단백질의 발암성이 확인된 것은 세계 최초의 일이었다. 또 파일로리균이 만드는 '상해 인자'끼리 서로 작용을 촉진시키거나 억제한다는 사실도 알게 되었다. 예컨대 십이지장궤양을 일으키는 'DupA(더프 에이)'라는 단백질이 작용하면, 위암을 일으키는 CagA가 작용하지 않을 가능성이 있다.
5. 파일로리균 없애기
5-1. 파일로리균을 없애면 좋은 점
지금까지 살펴본 것처럼 파일로리균은 위암이나 위궤양 등의 원인이 된다. 그러면 파일로리균이 없어지면 증상이 좋아질까? 파일로리균을 '제균(미생물을 존재하고 있는 장소로부터 제거하는 것)'하면 위염이나 십이지장궤양은 대개 극적으로 개선된다. 또 스트레스에 의한 위궤양의 위험도 줄일 수 있다. 2008년에는 파일로리균 제균에 의해 위암의 재발률이 3분의 1로 억제되었다는 연구 성과도 발표되었다.
그리고 파일로리균과 관계가 없는 것으로 보이는 혈액 질환의 증상이 억제되는 일도 있다고 한다. 혈액 속에서 지혈시키는 작용을 하는 '혈소판'이 감소하는 원인 불명의 난치병에 'ITP(특발성 혈소판 감소성 자반증)'가 있다. 파일로리균을 제균하면, 'ITP(특발성 혈소판 감소성 자반증)'에 걸리 환자 중 약 절반에서 혈소판이 증가한다.
제균은 이처럼 큰 이점을 가지고 있지만, 제균에 의해 식도염이 증가한다는 사실도 확인되어 있다. 위궤양 등이 고쳐지면, 위산의 분비량으 늘어난다. 그 결과, 식도에 위액이 역류해서 식도에 염증을 일으키는 경우가 생긴다. 심한 식도염은 식도암의 원인이 될 가능성도 지적된다. 그러나 파일로리균의 제균 후에 일어나는 '역류성 식도염'은 대부분 그 증세가 가벼운 경우가 많다.
5-2. 파일로리균의 검사
그러면 파일로리균의 검사는 어떻게 진행될까? 검사 방법에는 '내시경을 써서 위의 조직 일부를 꺼내는 방법'과 '내시경을 쓰지 않는 방법'이 있다. '내시경을 쓰지 않는 방법'에는 '항체(인체에 침임해 오는 이물질에 대응해 만들어지는 단백질)'를 조사하는 소변 검사나 혈액 검사, 몸밖으로 배출되는 파일로리균을 조사하는 대변 검사, 파일로리균의 효소인 '우라아제'의 작용으로 생기는 이산화탄소를 검사 등이 있다.
5-3. 파일로리균의 제균
제균에서는 '2종의 항생 물질'과 '위산을 억제하는 약'을 먹는다. 위산을 억제하는 이유는 산성 환경에서는 '항생 물질'의 효과가 약해지기 때문이다. 제균은 이 약들을 1일에 2회씩, 1주일 동안 복용하면 끝난다. 근년에는 항생 물질이 듣지 않는 내성균이 늘고 있는데, 그래도 최초의 제균에서 70% 이상은 성공한다. 만약 실패하면 항생 물질의 조합을 바꾸어 다시 한번 제균한다. 만약 두 번의 치료에도 실패하면, 보험은 적용되지 않지만 파일로리균을 전문적으로 진단할 수 있는 의료 기관의 진료를 받아 치료할 것을 권장한다.
6. 만약에 항생 물질 이외의 방법으로 파일로리균과 싸우려면?
만약 항생 물질이 듣지 않는 파일로리균의 비율이 증가할 경우, 다른 방법으로 파일로리균과 싸울 수는 없을까?
6-1. 요구르트가 파일로리균과 싸운다?
예컨대 어떤 종류의 요구르트 등이 파일로리균에 효과적이라는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 이 말이 사실일까? 어떤 종류의 요구르트에 포함된 유산균이나 브로콜리, 코코아, 녹차 등에 포함된 항균 성분이 파일로리균의 수를 줄인다는 연구 결과는 있다. 그러나 균의 수가 줄어든다는 사실이 병에 대해 효과가 있는지는 확인되지 않았다. 다시 말해, 이들 식품을 먹으면 위염이나 위궤양이 개선되거나 암의 발생률이 낮아진다는 연구 결과는 이제까지 없었다. 세균이 분열해서 수십 분마다 2배가 된다는 점을 생각해 봐도, 일반적으로 세균의 수가 감소한다는 사실은 별로 의미가 없다고 생각된다.
6-2. 파일로리균의 행동에 착안한 연구
파일로리균의 행동에 착안한 연구도 이루어지고 있다. 파일로리균은 '요소'나 암모니아' 등 특정 물질의 농도가 높은 쪽을 향해 헤엄치는 성질을 가지고 있다. 또 파일로리균은 페로몬과 같은 물질을 이용해, 서로 커뮤니케이션을 해서 무리의 밀도를 알 수 있다.
'정족수 감지(Quorum Sensing)'란 세균의 증식 중 개별 세포가 분비하는 특정한 저분자의 신호물질이 세포 밀도와 비례하여 축적되어, 특정한 농도에 이르게 되면 집단적 대사 활동이 조절되는 '세포밀도-의존성 유전자 발현(Cell-Density Dependent Gene Expression)' 조절 메커니즘이다. 즉, 증식에 의해 균체 농도가 소위 의사결정을 위한 '정족수(Quorum)'에 이르게 되면 저밀도 상황의 세포에서는 관찰되지 않는 다양한 '집단적 행동(Group Behavior)' 양식을 유발시키는 독특한 세포 간 신호 전달 체계이다. '정족수 감지'를 하는 어떤 세균은 밀도가 일정 이상 되면 독소를 방출한다는 사실이 알려져 있다. 이들의 행동에 관한 연구는 항생 물질이 듣지 않는 파일로리균에도 효과적인 약품의 개발로 이어질 수 있을 것이다.
7. 파일로리균로 인류의 역사를 파악한다.
'파일로리균'의 '상해 인자'를 밝히기 위해 이제까지 세계 각지에서 파일로리균의 유전자 분석이 실시되어 왔다. 그 결과, 파일로리균의 유전자는 지역마다 크게 다르다는 사실이 밝혀졌다. 인종이 달라도 사람의 유전자는 거의 같다. 하지만 예컨대 일본인의 파일로리균과 아프리카인의 파일로리균의 유전자 배열은 50% 정도나 달랐다. 이 차이를 인류의 발자취를 더듬어 볼 수 있다.
다른 유형의 파일로리균 유전자를 비교해서 비슷하면, 그 형태는 갈라지고 나서 얼마 되지 않은 것이다. 반대로 유전자를 비교해서 많이 다르다면, 그 형태는 갈라지고 오래된 것이다. 그래서 파일로리균의 유전자를 조사해 비교함으로써, 파일로리균의 계통수를 그릴 수 있다. 이 계통수와 각 유형의 지리적인 분포를 근거로, 파일로리균이 어떻게 세계로 퍼져 나갔는지 알 수 있다.
일본 오이타 대학의 '야마오카 요시오' 교수 등이 2007년에 발표한 분석 결과에 따르면, 파일로리균은 대략 58000년 전에 아프리카에서 세계로 퍼져나갔다고 한다. 파일로리균은 사람과 함께 이동하기 때문에, '파일로리균의 확산 경로와 연대'는 '인류의 이동경로'와 비슷하다. 인류가 아프리카에서 비롯되었다는 사실도 '고고학적인 연구'와 '유전학적인 연구'에서 밝혀졌다.
아래의 지도는 각 지역 토착민족의 파일로리균의 유형 분포와, 그로부터 추정되는 이동 경로를 나타낸 것이다. 지도 오른쪽에 있는 것은 파일로리균의 '유형 계통수'를 나타낸 것이다. 아프리카 2형은 파일로리균과 다른 세균의 유전자 배열에 가까워, 가장 오래된 유형으로 추정된다. 계통수와 각 유형의 지리적 배치를 바탕으로 볼 때, 인류는 북동부에서 동똑으로 확산되었음을 알 수 있다. 유럽형은 동아프리카와 아시아 2형의 특징을 합해 가져서 계통수에 들어가지 않는다. '아메린드', '마오리 아계', '동아시아 아계'는 '동아시아형'을 셋으로 나눈 것이다.
