hese bacteria settle close to the “fingers” of the gut lining with help from an antibody. G. Donaldson et al., Science vol 360, (2018) / ＠ Science

항체는 인체가 미생물 병원체의 공격을 방어하는 가장 효과적인 방법 중 하나다. 그러나 '무해한 세균'으로 하여금 인간의 소화관에 오랫동안 편안히 머물도록 도와주는 면역계 단백질이 최소한 한 가지는 있다. 포유류가 만드는 가장 풍부한 항체 중 하나인 면역글로불린 A(IgA: immunoglobulin A)가 그것인데, 미생물은 IgA를 구슬려 자신을 뒤덮게 함으로써 소화관 내벽의 점액층에 찰싹 달라붙어, 마이크로바이옴의 안정적인 부분을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 이는 무균생쥐를 이용한 연구에서 밝혀진 것으로, 미생물을 인체에 첨가함으로써 다양한 질병을 치료하려는 연구자들에게 도움이 될 것으로 보인다.

"이러한 '세균과 면역계의 대화'는 많은 생리시스템의 기능에 영향을 미친다"라고 리켄 요코하마 연구소의 시도니아 파가라산(면역학)은 말했다. 파가라산은 2002년 "IgA가 특정 세균을 제거하기는커녕 도와줄지도 모른다"고 처음 제안한 인물이다.

IgA는 50년 전 처음 발견되었다. 인간은 매일 3-5그램의 IgA를 생성하는데, 이는 인체가 생성하는 항체 중 약 75%에 해당된다. 또한 IgA는 모유에도 풍부하게 들어있는데, 아마도 아기를 감염으로부터 보호하기 위한 것으로 보인다. 그러나 파가라산은 저수준의 IgA를 보유한 생쥐들의 마이크로바이옴이 비정상인 데 주목하여, "IgA는 체내에 상주하는 세균들을 관리·통제하는 역할도 수행하는 듯하다"고 제안했었다(참고 1). 그러나 지금껏 파가라산의 제안을 뒷받침하는 메커니즘을 제시한 사람은 없었다.

칼텍의 미생물학자 사르키스 매즈매니언과 대학원생 그레고리 도널드슨은 박테로이데스 프라길리스(Bacteroides fragilis)라는 장내미생물이 지속적으로 변화하는 장내 환경에서 몇 년 동안 버티는 메커니즘을 이해하려고 노력해 왔다. B. fragilis는 대장염, 다"u경화, 심지어 자폐증의 증상을 완화하는 것으로 알려져 있다.

면역학·미생물학·유전학·영상화 기법을 결합하여 분석한 결과, 도널드슨은 IgA가 B. fragilis의 안정적 존재에 필수적이라는 사실을 발견했다. 즉, B. fragilis는 자신의 표면에 당(糖)을 코팅한 다음, 이것을 매개로 다량의 IgA와 결합하는 것으로 나타났다. IgA는 통상적으로 병원체를 뒤덮어 무장해제 시킴으로써 제거를 촉진하지만, 이렇게 되면 이야기가 달라진다. 덕분에 소화관 벽 위에서 똘똘 뭉친 B. fragilis는 방어적 점액층(protective mucus layer)으로 침투하여, 소화관 세포와 오랫동안 사이좋게 지내는 것으로 나타났다. 그에 반해, IgA가 없는 B. fragilis는 소화관에 영구적으로 정착하는 데 실패하는 것으로 확인되었다. 도널드슨과 동료들은 이상의 연구결과를 정리하여 5월 3일 《Science》에 발표했다(참고 2).

"이것은 예상하지 못했던 일이다. IgA는 다른 미생물종을 이런 식으로 대우하지 않는다"라고 도널드슨은 말했다.

IgA의 역할은 두 그룹의 무균생쥐를 이용한 실험에서 분명히 드러났다. 한 그룹은 IgA를 생성할 수 있지만, 다른 그룹은 유전자변형 때문에 IgA를 생성할 수 없었다. "'IgA를 생성하는 무균생쥐'에게 투입된 B. fragilis는 소화관 속에 오랫동안 머물 수 있지만, 'IgA가 결핍된 무균생쥐'에게 투입된 B. fragilis는 소화관에 정착하지 못하는 것으로 나타났다"고 도널드슨은 말했다.

B. fragilis 외에도, 소화관에 정착하기 위해 IgA에 의존하는 미생물이 더 있는 것 같다. 한 생쥐의 소화관에 상주하는 마이크로바이옴을 'IgA가 결핍된 무균생쥐'에게 통째로 이식했더니, 그중 몇 종이 소화관에 정착하지 못하는 것으로 나타났다. "이는 우리가 마이크로바이옴과 얼마나 긴밀하게 공진화해 왔는지를 보여준다. 이번 연구는 공생의 밑바탕이 되는 요인을 제대로 밝히는 연구의 시발점이다"라고 매즈매니언은 말했다.

"IgA가 진화적으로 선택된 데는 '침입하는 병원체로부터 인체를 방어하는 것' 이상의 요인이 도사리고 있는 것 같다. 그것은 '장내미생물을 도와주는 것'인 듯하다"라고 파가라산은 말했다.

뉴욕 주 보건부 웨즈워스센터의 니콜라스 만티스(점막면역)는 '항체가 미생물로 하여금 점액에 잘 달라붙도록 해주는 틀로 작용한다'는 이번 연구의 결론에 동의한다. 그러나 '미생물이 특별한 전술을 개발하여, IgA로 하여금 자신의 표면에 달라붙도록 유도한다'는 가설에는 회의적이다.

"설사 그렇더라도, 임상의들이 많은 질병들을 치료하기 위해 장내미생물을 이식하는 방안을 모색하고 있음을 감안할 때(참고 3), 항체를 이용하면 유익한 세균집락의 정착에 도움이 될 것이다. 이는 임상에 장기적으로 적용될 수 있을 것으로 보인다"라고 만티스는 말했다.

※ 참고문헌
1. http://science.sciencemag.org/content/298/5597/1424
2. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaq0926
3. http://www.sciencemag.org/news/2015/11/gut-microbes-give-anticancer-treatments-boost

※ 출처: Science www.sciencemag.org/news/2018/05/wrapping-itself-antibodies-bacterium-may-become-stable-beneficial-part-gut