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제어할 수 없는 장 속 균, 코로나19 악화한다
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제어할 수 없는 장 속 균, 코로나19 악화한다
전염병은 체내 미생물 군집의 변화를 촉진한다. 장 속 균이 통제할 수 없는 수준으로 움직인다면, 과도한 면역 체계 작용을 자극할 수 있다.
By MAGGIE CHEN, WIRED US

균은 인체의 신체 체계의 균형과 견제 일부분으로 각종 미생물을 인체에 유지하는 역할을 하는 인간에게 없어서는 안 될 중요한 미생물 군집이다. 그러나 전염병에 걸린 상태에서 체내 균은 다른 장기와 신체 균형을 맞추지 못하여 중증 전염병과 다른 질병 증상을 유발하는 결과를 초래한다.

코로나19 확산과 동시에 코넬대학교 의과대학원 면역학자 일리얀 일리에브(Iliyan Iliev) 박사가 즉시 경고한 이유이다. 일리에브 박사는 “처음에는 인간의 진균증 동시 감염이 시작될 것으로 예상했다”라고 말했다. 일리에브 박사는 미생물 군집이 균형을 상실하면, 코로나19 환자의 인체 균은 통제할 수 없는 활동을 할 것이라는 설명을 덧붙였다. 일리에브 박사의 우려는 얼마 지나지 않아 현실이 되었다.

일리에브 박사 연구팀은 학술지 네이처 면역학(Nature Immunology)에 게재한 논문을 통해 코로나19 중증 환자이자 바이러스 때문에 비정상적인 상태가 된 특정 장 속 균 종류가 초기 감염 후 오랫동안 이어질 면역 반응을 시작할 것이라고 주장했다. 면역 반응은 코로나19 환자의 일부 호흡기 증상을 유발할 수도 있다. 일리에브 박사는 논문의 결론이 장의 미생물 군집이 인간 면역 반응에서 중요한 역할을 하며, 추후 더 나은 방식으로 치료하도록 할 수 있다는 사실에 주목한다고 전했다.

장 내 미생물 군집의 균형이 무너지는 현상은 오래전부터 질병과 관련성이 있는 것으로 알려졌다. 펜실베이니아대학교 페렐만 의학대학의 면역학자인 켄 캐드웰(Ken Cadwell) 박사는 미생물 군집을 우림에 비유했다. 캐드웰 박사는 “멋진 생태계를 갖추었으나 나무를 너무 많이 베거나 생태계 교란을 유발하는 종의 유입 시 생태계가 무너진다”라고 말했다.
 
[사진=Unsplash]
[사진=Unsplash]

일리에브 박사 연구팀은 코로나19 감염 시 체내 균이 미치는 영향과 면역 체계를 촉진하는 방식을 살펴보고자 코로나19 환자의 혈액을 분석했다. 연구팀은 코로나19 환자 91명의 혈액 샘플을 확보한 뒤 일부 균의 신진대사 수준을 측정하여 면역 체계가 균에 맞선 방어 반응을 보이는가 살펴보았다. 항균 항체가 많을수록 균의 과도한 성장이나 침입을 시사한다는 사실이 중요하다.

일리에브 박사의 연구소 소속 박사후 연구 펠로이자 연구 논문 공동 저자인 구스카베 다카토(Takato Kusakabe)는 각각의 접시를 두고 항체 수준을 확인할 실험을 진행했다. 연구팀은 중증 코로나19 환자의 혈액에서 장 속에서 보편적으로 발견되는 균의 항체가 코로나19 미감염자보다 더 많은 수준으로 증가한 사실을 발견했다. 특히, 항체가 증가한 균 중에는 칸다디균 감염의 가장 보편적인 원인인 칸다디 알비칸스(Candida albicans)도 있는 것으로 확인됐다. 이후 연구팀이 병동에 입원한 코로나19 환자 10명의 혈액 샘플을 분석한 뒤 항체가 증가한 균이 환자의 장 속에 존재한다는 사실을 발견했다. 또한, 코로나19에 감염되지 않은 이들보다 항체가 더 많은 것으로 보였다. 미생물 군집의 불균형을 시사한다.

일리에브 박사는 기꺼이 실험실 인큐베이터에서 균의 고립 첫 단계를 면밀히 관찰하였다. 일리에브 박사는 “실험용 접시는 균 미생군집으로 덮인 잔디로 가득 찬 상태였다”라고 말했다.

이제 환자는 중증 코로나19와 특정 장 속 균과 관련이 있다는 사실이 알려진 상태이지만, 연구팀은 각각의 항체가 인간의 면역 세포에 미치는 영향을 찾고자 했다. 얼마 지나지 않아서 평범한 사실을 발견했다. 바로 질병 감염에 맞서 싸우는 역할을 하는 백혈구의 특정 호중구(neutrophils)가 코로나19 수준이 가볍거나 일반적인 환자보다 더 많다는 사실이다.

연구팀이 중증 코로나19 환자에게서 모은 칸다디 알비칸스 변이 바이러스를 실험 쥐에 주입했을 때 쥐의 균 항체와 호중구 생성량이 증가한 사실이다. 이후 실험 쥐를 일반 항균 약물인 플루코나졸로 치료하자 균이 생성하는 호중구가 감소하였다. 균의 항체 양도 감소했다. 균의 과도한 성장이 호중구 증가 원인이 되면서 코로나바이러스 자체가 성장 과정을 겪도록 한 원인이 되었다는 의미이다.

일리에브 박사는 호중구가 면역 체계에서 중요한 역할을 하지만, 과도한 활동이 코로나19의 특징에 해당하는 염증 장기 지속으로 이어질 수 있다고 경고했다. 일리에브 박사는 “호중구는 염증과 바이러스 감염이 있다고 생각하여 계속 증가한다. 기본적으로 폭발하여 호중구 세포와 덫이라는 구조를 형성한다. 호중구 세포와 덫은 인체에 도움이 되기는커녕 질병을 악화하는 요인이다”라고 말했다.

균의 과도한 성장의 중요한 영향은 코로나19 증상이 완화된다고 해서 끝나는 것이 아니다. 연구팀은 코로나19 중증 환자 혈액 샘플을 다시 분석하고 건강한 비교 집단의 혈액과 비교하여 호중구가 균에 반응하도록 특수하게 변경되도록 생성된 줄기세포를 발견했다. 줄기세포는 초기 감염 후 오랜 시간이 지나 활성화되며, 균의 항체와 호중구가 사라지더라도 활성화된다. 기본적으로 신체가 미래 균의 위협에 극적인 반응을 보이도록 한다. 이 단계에서 환자에게 도움이 될 것인지 해가 될 것인지 불확실하다. 환자의 신체가 추후 다른 균 감염에 과도한 반응을 보이기 적합할 수도 있다고 보는 것이 합리적이다.

일리에브 박사 연구팀을 당혹케 한 최종 의문사항이었다. 장 속의 균이 줄기세포 활성화를 유발하면서 다른 곳의 면역 체계의 극적인 변화를 일으킨 방식은 무엇인가? 연구팀은 답을 찾기 위해 시토킨이라는 신호 분자를 살펴보았다. 감염된 실험용 쥐의 체내에서 시토킨의 일종인 IL6가 호중구, 균 항체와 함께 증가한 사실을 확인할 수 있었다. 연구팀이 IL6을 차단하자 호중구와 균 항체 수 모두 줄어들었다. 이리에브 박사는 “시토킨이 균 생성을 유도한 중간 개입 인자인 듯하다”라며, 체내 전체 영역의 일부 소통 과정에서 이와 같은 과정이 발생했을 가능성을 제시했다.

일리에브 박사 연구팀의 연구에 참여하지 않은 매사추세츠 일반병원 위장병 전문의 알레시오 파사노(Alessio Fasano)는 장의 미생물 군집과 면역 체계 간의 복잡한 소통 과정은 신체의 모든 요소가 밀접하게 얽힌 사실을 입증하는 예시라고 말했다. 파사노는 “장 속에서 발생하는 일은 장 안에서만 존재하지 않는다”라고 말했다.

파사노는 일리에브 박사 연구팀의 연구가 추후 맞춤 약물 개발에 도움이 될 수 있다는 점에 주목했다. 코로나19 환자의 균 항체 증가 수준을 측정하여 플루코나졸과 같은 항균 약물 복용 효과를 누릴 환자를 찾을 수도 있다.

다만, 연구팀은 면역 체계 전체를 단 하나의 균 종류로 뒤집어서 보는 것이 부당하다는 비난을 인지하고 있다. 미생물 군집은 항상 끊임없이 변하며, 감염 후 균형을 재구성한다는 사실이 핵심이기 때문이다. 문제 발생 시 항체나 항균 약물을 대거 복용한다면, 생물학적으로 한 가지 문제를 퇴치하면 또 다른 문제가 발생하는 상황이 끊임없이 반복되어 체내 다른 곳의 불균형으로도 이어질 수 있다.

이제 일리에브 박사와 쿠스카베 연구원은 균의 과도한 성장이 장기 코로나19 환자에게서 나타날 수 있는 방법과 면역력에 미치는 영향을 탐구하는 데 관심이 있다. 일리에브 박사는 “균과 바이러스가 원인이 된 면역 체계 재구성은 어떤 영향을 미칠까? 전염병 감염 후 균이 증가하여 면역 체계 불균형을 겪은 뒤 장기적으로는 어떤 영향을 미치게 될 것인가?”라는 질문을 던졌다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
Unruly Gut Fungi Can Make Your Covid Worse
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