창과 방패; 베링과 루

한편 베를린에서 베링은 디프테리아를 치료할 수 있는 화학약품을 찾는 연구를 한다. 베링은 군의관으로 지내면서 소독약(iodine tri-chrolide)이 ‘균의 독성을 중화’해서 병을 치료한다는 사실을 발견한 적이 있었기에, 디프테리아에도 소독약을 한번 써 보기로 한다. 베링은 디프테리아균을 주사한 실험 쥐에 치료 목적으로 소독약을 주사한다.

소독약은 그 자체로도 부작용이 많았다. 하지만 독소를 중화시킬지도 모른다고 생각하고 실험 쥐들에게 주사한다. 결과는 쥐들의 떼죽음이었다. 하지만 몇 마리는 디프테리아도 견디고 소독약도 견뎌 살아남았다. 한마디로 구사일생(九死一生)의 결과였다.

구사일생한 이 녀석들은 어떻게 살아남은 걸까? 혹시 소독약이 효과가 있었을까? 그렇다면 사람에게도 한번 써볼 수 있지 않을까? 베링은 과감하게 디프테리아 환자에게 소독약을 주사한다. 주사 부위의 심각한 부작용에도 불구하고 소독약은 아무도 살려내지 못했다.

소독약은 사람에게는 아무 효과가 없는 것으로 보이는데, 일부 실험 쥐들은 어떻게 살아남은 것일까? 베링의 고민은 깊었다. 물론 우리는 답을 알고 있다. 구사일생의 실험 쥐들은 디프테리아균의 독소를 중화시키는 물질 즉, 항독소 항체를 ‘스스로’ 만들어냈기 때문이다.

다시 베링에게로 돌아가 보자. 베링은 구사일생한 실험 쥐들이 다시 디프테리아에 걸려도 여전히 살아남을 것인지 실험해보기로 한다. 그는 구사일생한 실험 쥐들에게 다시 엄청난 양의 디프테리아균을 주사한다. 두 번 죽임을 당할 운명이었던 실험 쥐들은 이번에는 소독약도 없이 잘 버텼다. 아하, 질병에 걸릴 운명에서 면제 즉, 면역(免疫; immunity)이 되는구나! 그렇다면 면역의 비밀은 쥐의 몸속 어디에 있는 건가?

두 번째 생존은 소독약과는 무관했기에 베링은 쥐의 혈액을 연구하기 시작한다. 혈액의 신비함을 믿은 베링은 피 속에 있을 것만 같은 면역의 실체를 뽑아내기 위해 구사일생한 실험 쥐, 끔찍한 디프테리아를 두 번이나 이겨낸 쥐들의 피를 뽑았다.

뽑은 피를 한동안 세워두면 붉은 부분이 가라앉고 노란 액체가 뜨는 데 베링은 노란 액체 즉 혈청을 피펫으로 뽑았다. 그리고 살아 움직이는 디프테리아균과 섞어서 배양했다. 구사일생한 실험 쥐의 혈청은 균을 몰살시키겠지, 디프테리아균과도 싸워 두번이나 살아남은 쥐의 혈청인데, 혈청 안에 균을 죽이는 물질이 틀림없이 있겠지… 아무렴….

하지만 희망을 가지고 기다렸을 그의 눈앞에 벌어진 결과는 참담했다. 디프테리아균은 멀쩡히 잘 자라기만 했으니까. 

뭐가 문제인가? 혈청 속에는 묘약이 없는 건가? 파리의 루는 균이 아닌 디프테리아 독소가 사람을 죽인다고 했으니 혹시 혈청이 균을 죽이기보다 독소를 중화시킬 수 있지 않을까? 소독약이 독소를 중화시킨 것처럼.

베링은 이번에는 디프테리아균을 걸러내고 남은 독소를 구사일생한 실험 쥐(이제부터는 ‘면역 쥐’라고 부르자)에게 주사한다. 독살의 위기에 몰렸던 면역 쥐는 이번에는 멀쩡했다. 균이 아니구나, 균이 만든 독소구나. 면역이 없는 쥐라면 독소로 죽을 텐데. 정말 그런지 한번 실험해보자.

이번에는 면역이 없는 쥐의 혈청을 독소와 섞었다. 이 혼합액을 면역이 없는 다른 실험 쥐에게 주사한다. 면역이 없는 실험 쥐는 사흘 만에 죽었다. 눈으로 볼 수 있는 균의 성장이나 활동과는 달리 독소의 활동은 눈으로 볼 수가 없기에 주사로 죽으면 독소가 멀쩡한 것이고, 죽지 않으면 독이 해독된 것으로 볼 수 있었다. 

결론은 구사일생의 쥐만이 감염에도 면제되고(免疫)을 얻게 되고, 면역의 비밀은 몸속 바로 혈청에 있다는 것. 그리고 혈청이 디프테리아균이 내뿜는 치명적인 독소의 해독제란 것이다. 

하지만 독소를 무작정 주사하면 면역이 없는 대부분의 동물은 죽기 때문에 독소를 약하게 만들면서도(弱毒化) 면역반응을 일으킬 강도로 조절했다. 이렇게 만든 양(羊)을 면역 동물로 썼고, 양의 혈청을 뽑아서 실험 쥐에게 효과를 검증해본다.

베링은 양 혈청을 면역이 없는 실험 쥐에 주사한 다음 날 균을 주사한다. 보통은 하루 이틀 만에 죽어야 할 쥐들이 이번에는 멀쩡히 살아남았다. 하지만 혈청은 완벽하지는 않았다. 예방 효과가 오래 가지 못했다. 나중에 아이들에게 디프테리아 예방 주사를 맞힌다면 몇 주 간격으로 계속 맞아야 할 정도였다. 그런 상태라면 예방 접종 주사라고 부르기는 민망스러운 일이다. 그렇다면 혈청 주사는 없던 일로 하고 모두 폐기해야 할까? 아니다 치료약으로 쓰면 어떨까? 병에 걸린 환자에게 항독소를 주사하면 도움이 되지 않을까? 

베링은 이제 예방이 아닌 치료로 관점을 옮긴다. 혈청의 예방 능력보다는 치료 효과를 검증해 보기로 한다. 주사의 순서만 바꾸면 될 일이 아닌가?

베링은 면역이 없는 쥐에 균을 먼저 주사해 병에 걸리게 한 다음, 면역 양의 혈청을 주사한다. 병에 걸린 쥐는 나흘만에, 부활한 듯 살아 움직이기 시작한다! 베링은 혈청 속에 든 해독 물질을 항독소(antitoxin)으로 불렀다.¹⁾ 이제 남은 과제는 쥐를 살린 양의 혈청을 사람에게도 쓸 수 있는 가였다. 

 

1891년 연말에 베를린의 한 병원에서 디프테리아로 죽어가는 아이들이 면역 양의 혈청을 주사 맞았다. 몇몇은 아무 보람도 없이 죽었지만 몇몇은 회복되었다. 아무것도 안 했다면 죽었을 아이들이지만 효과는 분명히 있어 보였다. 

이후로 독일 제약회사들은 면역양에서 혈청 다량 생산을 시작했고 3년 만에 2만 명의 아기들이 혈청 주사를 치료제로 맞았다. 물론 환자들에 대한 혈청 주사의 치료 효과는 100% 아니었다.

이 무렵, 파리에 독소의 발견자인 루가 돌아온다. 루는 면역 말(馬)을 길러 효과가 더 좋은 혈청을 얻는다. 1894년 2월에 루는 처음으로 혈청 치료를 시작했고, 5개월 동안 300명 이상의 환자에 주사한다. 혈청은 확실히 효과가 있었다. 주사를 맞으면 목을 조이던 위막이 걷히기 시작했고 펄펄 끓는 열도 떨어졌으니까.

당시의 혈청 치료 효과는 어땠을까? 당시 디프테리아의 치사율은 50%였다(균독성에 따라 등락은 심했다). 주사를 맞은 아이의 26%는 목숨을 잃었으니 완벽한 치료제는 아니다. 하지만 확실한 것은 병에 걸린 첫날에 항독소 주사 맞으면 거의 모든 아기들 목숨 건지고, 주사가 늦어지면 아이를 잃는다는 것이다. 더하여 양이나 말의 혈청을 쓰기 때문에 이종 단백질에 대한 면역이나 거부 반응도 생길 수 있었다.

불완전하기는 했지만 혈청 주사만큼 디프테리아에 효과적인 치료법은 없었다. 당시에는 유일무이한, 최선의 치료법이었다.

 

디프테리아의 현장

나는 홈즈의 하숙집을 나서는 길로, 곧 디프테리아를 앓고 있는 소녀의 집으로 갔습니다. 다행히 소녀는 열이 완전히 내려, 침대에서 인형놀이를 하고 있었습니다.

마음이 놓인 나는 다음날 아침 첫차로 셰필드역으로 향했습니다.

-       『공포의 금고실』(셜록 홈즈 시리지)/아서 코날 도일 지음/조진태 번역/epage

 

초등학생 때 읽었던 <셜록 홈즈> 이야기에 나오는 한 장면이다. 이름도 어려운 디프테리아가 무엇인지 몰랐지만 저 장면은 지금도 기억한다. 명탐정 셜록 홈즈의 모험담은 물론 허구다. 작가가 지어낸 이야기다. 하지만 작가인 아서 코난 도일은 의사다. 지금 다시 <셜록 홈즈>를 읽어보면 왓슨 의사가 바로 도일의 페르소나이고, 도일은 소설 속에서 때때로 당대의 의료 현장을 잘 보여주었다.

『공포의 금고실』의 원작인 『The Adventure of the Retired Colourman』은 1926년에 발표되었다. 이 시기라면 영국이라고 해도 이미 베링이나 루의 혈청치료법이 널리 퍼졌을 것이다. 하지만 이 작품 속에 등장하는 소녀가 혈청치료를 받은 이야기는 없다. 그냥 디프테리아 환자를 진찰했다는 말뿐이다. 하지만 만약 혈청치료를 받지 않았다면 소녀의 상태는 위중했을 것이고, 왓슨은 소녀를 내팽개쳐 두고 홈즈의 부탁을 들어 시골로 내려가지는 않았을 것이다. 저 무렵이면 혈청치료는 너무나도 당연했기에 굳이 소설 속에 등장시키지 않았을 지도 모르겠다.

 

소설은 그렇다 치고, 현실은 어땠을까? 혈청 치료가 보급된 후 디프테리아의 현실은 어떻게 변했을까? 당시의 풍경을 잘 보여주는 실화를 통해 한번 알아보자.

 

『공포의 금고실』이 세상에 나오기 직전인 1925년 1월, 미국 알래스카 서북단, 베링해를 끼고 있는 작은 마을 놈(Nome)에서 디프테리아가 돌았다. 몇 년 동안 없던 디프테리아였기 때문에 모든 아이들이 디프테리아에 걸릴 위험이 컸다. 물론 디프테리아에 걸렸다 해도 혈청주사를 맞으면 큰 문제는 없었다. 그런데, 아뿔싸 마을에 비치해둔 혈청이 없었다.

서둘러 혈청을 가져와 늦기 전에 아이들에게 주사를 놓아야 하는데, 가장 가까운 혈청은 시애틀에 있었다. 물론 비행기가 다니던 시절이니 디프테리아 혈청 공수는 큰 문제는 아니었지만 이번에는 날씨가 문제였다. 악천후 때문에 도저히 비행기를 띄울 형편이 안 되었다.  

하는 수 없이 육로를 이용해 혈청을 보내기로 했다. 기차에 실린 혈청은 알래스카 중부의 네나나(Nenana)까지 일단 보냈다. 하지만 여기서 놈까지의 거리는 무려 1,000km나 된다. 엄동설한 혹한 속에 설원을 뚫고 어떻게 놈까지 혈청을 보내지? 유일한 해결책은 개썰매였다. 

1월 27일 자정, 혈청 9.1kg을 실은 썰매가 출발했다. 알래스카의 썰매개들은 체력이 좋지만 혹한 속에서 1,000km를 완주할 수는 없기에 중간 중간에 주자를 바꾸는 이어달리기로 혈청이 전달되었다. 이렇게 스무 명이 넘는 썰매꾼과 100 마리가 넘는 개들이 영하 31도의 혹한과 눈보라를 뚫고 이어 달린 끝에 닷새 반이 지난 2월 2일 오후 5시에 혈청이 놈에 도착했다. 물론 디프테리아에 걸린 아이들은 혈청주사를 맞았고, 건강을 되찾았다. 이것이 이른바, <1925년 놈 행 디프테리아 혈청 수송 대작전(1925 serum Run to Nome)>이다.   

이 역사적인 수송작전의 최종 주자였던 썰매몰이꾼 카센(G Kassen)과 팀의 리더 견이었던 발토(Balto)는 언론의 주목을 특히 많이 받았다. 10개월 후 뉴욕시의 센트럴 파크에 썰매 개 발토의 동상이 세워질 정도였으니까. 그리고 70주년을 만은 1995년에는 디즈니 장편 애니메이션 <발토>에서 이 놀라운 이야기를 다루었다.

뿐만 아니라 이 사연을 기리는 개썰매 달리기 대회인 <아이디타로드 개썰매 경주(Iditarod Trail Sled Rog Race)>가 1973년부터 열리고 있다. 매년 3월 초에 열리며 앵커리지~놈 구간 1,600km를 달린다. 

 

오늘날의 디프테리아

우리나라에서는 1988년 이후로 디프테리아 환자는 없다. 하지만 디프테리아는 파상풍/백일해와 함께 생후에 3회, 3세, 5세, 11세에 예방 접종을 하는 2군 법정감염병이다. 백신은 개량된 ‘독소’를 주사하여 항체를 미리 만들게 하는 능동 면역방식이다. 파상풍, 백일해와 함께 접종하므로 DTP로 알려져 있다. 만약 디프테리아에 걸린다면, 항독소 주사와 항생제 치료를 하면 큰 문제는 없다.

하지만 20세기 말에 구 소련의 붕괴되자 일시적으로 환자가 늘었다. 여전히 정치적으로 혼란스러운 나라들은 지금도 디프테리아가 유행한다. 아울러 사회가 안정된 북유럽 국가 일부에서도 접종을 기피 현상이 나타나 디프테리아는 다시 아이들의 목숨을 빼앗았다. 2016년에는 전 세계에서 약 7천 명의 환자가 보고되었다.

 

베링 후일담

디프테리아 예방은 현대 의학의 쾌거 중 하나다. 베링은 1890년에 혈청치료법을 개발했고 1917년에 사망했다. 그동안 그는 어떻게 살았을까?  

1894년 베링은 할레(Halle)의 위생 연구소 교수로 임용되었고, 수년 후 마르부르크대학교로 교수로 임용되었다. 이후로 마르부르크에서 살았다. 1901년에 ‘혈청을 이용한 치료법 발견의 공로’를 인정받아 최초의 노벨 생리-의학상 수상자가 되었다. 그때 받은 상금으로 자신의 이름을 딴 연구소 ‘베링연구소(Behringwerke)’를 마르부르크에 세웠다. 이 사업으로 돈도 많이 벌었다.

‘아이들의 구세주(savior of children)’로 불리는 영광을 얻었고, 베링 역시 디프테리아로부터 아이들을 구원한 것을 가장 큰 보람으로 여겼다. 가난한 집에 태어나 하는 수 없이 군의관이 되었지만 코흐의 연구소에 합류해 혈청 치료법까지 발명하게 되었다. 노벨상을 받고, 부와 명예도 한껏 누리다가 1917년 마르부르크에서 사망했다.

베링연구소는 독일 제약사 나중에 파르벤(IG Farben)으로 넘어갔고, 제2차 세계대전 후 파르벤이 분할되면서 제약사 훽스터(Hoechst AG)로 넘어갔다(1952년). 1967년에 이 연구소에서 아프리카에서 수입한 실험동물을 통해 치명적인 바이러스성 출혈열이 발생하여 세상을 깜짝 놀라게 했다. 31명의 환자와 7명의 사망자를 낸 이 병이 바로 유명한 ‘마르부르크병(Marburg disease)’이다.

1997년 베링연구소는 분할 매각되어 베링의 유산은 여러 제약회사들로 뿔뿔이 흩어졌다.²⁾ 

베링이 우리 곁을 떠난 것도 100년이 지난 일이지만 여전히 그의 이름을 딴 노바티스 베링상과 마르부르크대학교에서 제정한 에밀 폰 베링상이 연구자들에게 수여되고 있다.

우리나라에서 이 상을 수여하는 곳은 베링연구소를 소유했던 독일 제약기업 훽스터와 기술제휴를 맺은 국내 제약기업이다. 베링의 흩어진 유전자 한 조각이 남은 곳으로 보면 이곳에서 <에밀 폰 베링 학술상>을 수상하는 이유가 될 것이다.

자, 3년마다 돌아오는 이 상은 내년이 2023년에 수여될 예정이다. 연구자들은 한번 도전해볼 기회가 목전에 왔다. 베링처럼 시행착오를 거듭하지만 집념을 가지고 묵묵히 의학 발전을 위해 연구하는 모든 이들, 한번 도전해보시길 바란다.   

 

¹⁾ 필자 같으면 해독소(解毒素)라 부르겠다.

²⁾ CSL(Commonwealth Serum Laboratories) Behring, Siemens Healthcare, GSK, Novartis, Dade Behring, Sanofi-Aventis, …등등으로 흩어졌다.

 

참고 자료

1.     미생물의 힘(Power Unseen; How Microbes Rule the World by Bernard Dixon, 1994)/버나드 딕슨 지음/이재열, 김사열 옮김/사이언스북스/2002

2.     전염병의 문화사(Man and Microbes by Arno Karen, 1995)/권복규 옮김/사이언스북스/2001

3.     소설처럼 읽는 미생물 사냥꾼 이야기(Microbe Hunters by Paul de Kruif, 1926)/폴 드 크루이프 지음/이미리나 옮김/몸과마음/2005

4.     2009년 법정전염병 진단, 신고 기준/보건복지주, 질병관리본부. 대한의사협회 공저/2009

5.     신경과학/아담스 신경과학 편찬위원회/도서출판 정담/ 1998

6.     당신에게 노벨상을 수여합니다(The Nobel Prize in Physiology Or Medicine/2007)/노벨 재단 엮음/유영숙, 권오승, 한선규 옮김/바다출판사/2007

7.     우려되는 국가 필수예방접종 기피 현상/중앙일보 기사/2016.10.10.

8.     Online etymology dictionary

9.     Emedicine.medscape.com

10.  Nobelprize.org

11.  Oxford vaccine group; vaccine knowledge project (http://vk.ovg.ox.ac.uk/vk/diphtheria)

12.  Cslbehring.com

13.  연합뉴스 누리집(yna.co.kr)

14.  Clinical Serum Therapy: Benefits, Cautions, and Potential Applications(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28450682).

15.  Serum therapy, especially in its application against diphtheria(http://www.animalresearch.info/en/medical-advances/nobel-prizes/serum-therapy-especially-its-application-against-diphtheria/)

16.  Wikipedia

 출처: 디아트리트 VOL. 19 NO. 4