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제2의 게놈, 마이크로바이옴이 밝히는 신비한 미생물의 과학

이 책은 우리가 지금껏 등한시해온 미생물의 중요성에 대해 이야기한다. 즉 미생물은 우리 인생에서 가장 믿고 의지할 수 있는 동반자이며, 미생물 불균형은 우리에게 예상치 못한 큰 타격을 줄 수 있다는 사실 말이다. 저자는 제2의 게놈, 마이크로바이옴에 관한 연구들을 통해 몸속 미생물의 불균형이 어떻게 비만, 자폐증, 피부 질환, 정신건강에 영향을 끼치는지 밝힌다. 또한 항생제 남용, 무분별한 제왕절개, 신중하지 못한 분유 수유, 항균 제품에 대한 맹신이 어떻게 우리 몸에 좋지 않은 흔적을 남겨두었는지 이야기하고, 획기적 치료법인 대변 미생물 이식의 현재와 미래에 관해 논한다.

더 깨끗하고, 더 어리며, 더 잘사는 사람들의 병
21세기형 질병에 해결책은 있는가?
제2의 게놈, 마이크로바이옴이 밝히는
신비한 미생물의 과학

2016년 오늘, 우리는 다음과 같은 사람들을 주변에서 어렵지 않게 찾아볼 수 있다. 한 시간이 멀다 하고 배를 움켜쥐며 화장실로 달려가는 사람, 알레르기 비염으로 코를 킁킁대는 사람, 당뇨병 때문에 하루에도 몇 번씩 스스로 인슐린 주사를 놓는 사람, 자폐증 아이를 둔 사람, 불안 장애로 인해 일상생활에 지장이 있는 사람, 아토피 증상이 있는 아이를 위해 자극 없는 세제를 고르고 있는 사람, 체중 관리 때문에 다이어트 보조식품을 끼고 사는 사람.... 이러한 질병들은 죽음에 대한 공포나 병에 대한 경각심을 심각하게 불러일으키는 것은 아니지만, 분명히 삶의 질을 현격히 떨어뜨리는 것들이다. 그런데 만약 이러한 질병으로 고생하고 있는 사람들이 1940년대로 돌아간다면, 어떻게 될까?
아마 가는 곳마다 화장실이 있는지 확인하지도 않을 것이고, 코 막힘 때문에 잠을 설치지도 않을 것이며, 직접 인슐린 주삿바늘을 꽂는 일도 없을 것이다. 뿐만 아니라 몸은 더 날씬하고, 피부도 깨끗할 것이며, 정신적으로도 더 건강할 것이다. 1940년대만 해도 과민성 장 증후군, 비염, 당뇨병, 자폐증, 알레르기, 비만 등은 쉽게 찾아볼 수 있는 질환이 아니었다. 그런데 도대체 왜 채 한 세기도 되지 않아 인간에게 이렇게 많은 변화가 생기게 된 걸까? 이 책 [10퍼센트 인간](원제: 10% Human)은 이런 문제의 근원이 우리 몸의 90퍼센트를 차지하는 미생물에서 비롯한다고 이야기한다.
우리 몸은 살과 피, 뇌와 피부, 뼈와 근육 등 10퍼센트의 인체 세포와 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등 90퍼센트의 미생물로 이루어져 있다. 우리 자신은 하나의 개체가 아닌 수많은 생명이 어우러진 하나의 집합체라고 볼 수 있는 것이다. 이 책은 제2의 게놈, 마이크로바이옴에 관한 연구들을 통해 몸속 미생물의 불균형이 우리의 신진대사와 면역체계, 더 나아가 정신건강에 어떠한 영향을 끼치는지 밝힌다. 또한 항생제 남용, 무분별한 제왕절개, 신중하지 못한 분유 수유, 항균 제품에 대한 맹신이 어떻게 우리 몸에 예상치 못한 흔적을 남겨두었는지 이야기하고, 획기적 치료법인 대변 미생물 이식의 현재와 미래에 관해 논한다.
이 책을 통해 우리는 인류가 지구 상의 선배인 미생물을 어떻게 효율적으로 활용하고, 어떻게 그것과 공존하는 방향으로 진화해왔는지 생각해볼 수 있다. 비로소 우리 자신의 몸에 대한 통찰을 갖게 될 것이다.

정말로 미생물이 비만과 자폐증에 영향을 미치는가?

이 책은 여러 현대 질병에 대해 흥미로운 가설을 제시한다. 그중 하나가 바로 비만에 관한 것이다. 오늘날 지구는 뚱뚱하다. 1999년의 한 조사에 의하면, 미국 인구의 총 64퍼센트가 과체중 혹은 비만이고, 예전에는 정상 체중이던 사람들 중 몸무게가 늘어 과체중이 된 비율도 34퍼센트나 된다고 한다. 영국에서도 그와 비슷한 결과가 나왔다. 왜 살이 찌는 것일까? 단지 예전보다 더 많이 먹고 덜 움직이기 때문일까?
이 책에서 소개하는 다양한 실험에서는 비만에 관한 놀라운 사실들이 밝혀진다. 세인트루이스 워싱턴 대학교 제프리 고든Jeffrey Gordon 교수의 연구팀에 속한 미생물학자 루스 레이Ruth Ley의 실험에서 마른 쥐와 비만 쥐의 미생물총을 비교했더니, 비만 쥐의 경우 마른 쥐에 비해 의간균은 절반 수준인 반면 후벽균(비만 유발균으로 알려짐)은 비슷한 수준으로 나타났다. 또 인도 출신 의사 니킬 두란다는 위스콘신 주립대학교의 식품영양학 교수 리처드 앳킨스와 함께한 실험에서 살찌는 바이러스의 존재를 확인했다. 이 실험들을 보면 살이 찌는 이유가 과식과 운동량 부족 때문만이 아니며, 감염에 의해 유발되었을 가능성이 있음을 알 수 있다. 또 다른 실험에서는 비만을 유발하는 미생물이 사람 간 전염될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. ‘비만세균’이 정말로 있다는 얘기다.
또 다른 흥미로운 가설이 있다. 바로 자폐증에 관한 이야기다. 이 책에는 정상아로 태어났다가 잘못된 항생제 사용 때문에 자폐아가 되어버린 앤드루라는 한 아이에 대한 사례가 나온다. 앤드루의 어머니 엘렌 볼트는 항생제 치료 중 아이가 갑자기 자폐 증상을 얻게 된 데 의심을 품고 자기 아들을 이렇게 만든 원인을 밝히기 위해 미생물의 과학에 뛰어들었다. 엘렌은 중이염 치료 목적으로 처방받은 항생제가 앤드루의 장에 사는 보호성 박테리아까지 모조리 박멸한 뒤 그 빈자리를 신경독소 물질을 생산하는 다른 박테리아가 대신 차지한 것이 아닌지 의심했다. 그리고 연구 결과 그녀의 가설은 결국 옳은 것으로 판명되었다.
저자가 이 책에서 밝힌, 장내 미생물총의 조성이 비만을 유발하기도 하고, 심지어 자폐 증상에도 영향을 끼친다는 사실은 매우 놀랍다. 그런데 저자는 여기서 그치지 않고, 우울증 등의 정신 질환, 알레르기 등의 피부 질환, 그리고 과민성 장 증후군 등의 장 질환 또한 미생물의 불균형으로 비롯되었을 가능성까지 제기한다.

새로운 대안, 대변 미생물 이식의 현재와 미래

항생제 남용, 식습관의 변화, 항균 제품에 대한 맹신 등으로 현대인의 몸속 미생물 조성이 점점 더 악화되고 있다. 그로 인해 배앓이가 늘고, 피부는 더 예민해졌으며, 정신건강이 위협받고, 심하게는 클로스트리듐 디피실리(시디프) 감염증 같은 자가면역 질환으로 많은 사람들이 고통을 받고 있다.
이 병들을 치료하는 데는 대부분 항생제가 사용된다. 그러나 내성 때문에 거듭된 항생제 치료에도 차도가 없는 환자가 늘고 있다. 또 균을 선택적으로 죽이지 못함으로써 장내 미생물의 조성을 더 악화시키는 결과도 생긴다. 이에 미생물학자들은 이를 해결할 새로운 치료 방법을 떠올렸다. 바로 대변 미생물 이식이다.

대변을 이식한다고 하면, 대부분의 사람들은 미간을 찌푸리며 거북스러운 표정을 지을 것이다. 그러나 이 대변 미생물 이식은 인간을 좀 더 건강하고 행복하게 만들어줄 수 있는 매우 간편하고도 획기적인 치료법이다. 건강한 사람의 대변에서 추출한 미생물을 환자의 대장에 이식한다는 아주 간단한 발상의 이 치료법은 실제로 많은 사람들을 심각한 질병으로부터 구출해냈다. 저자가 밝힌 사례에 따르면, 오랫동안 변비로 고통받던 한 다발성 경화증 환자가 이식을 받은 뒤 변비는 물론 다발성 경화증에까지 차도를 보였다. 또 심각한 교통사고로 인해 치료를 받던 중 클로스트리듐 디피실리에 감염되어 끔찍한 설사와 함께 시력과 청력의 약화, 체중의 급격한 감소를 겪은 환자가, 남편의 대변 미생물을 이식 받고 이제는 다양한 스포츠를 즐길 만큼 건강이 회복되었다.

이 대변 미생물 이식은 우리가 먹는 유산균 캡슐과 같은 발상에서 비롯된 것이다. 바로 장에 유익균을 배달한다는 생각 말이다. 그러나 이 획기적인 치료법은 유산균보다 더 빠르고 강력한 영향력을 미친다. 현재 미국 33개 주에서 180개 병원이 비영리 대변 은행인 오픈바이옴과 연계되어 있다. 이와 같이 이 치료법은 빠르게 확산되고 있으며, 그 미래는 더욱 촉망받고 있다.

이 책 [10퍼센트 인간]은 우리가 지금껏 등한시해온 미생물의 중요성에 대해 이야기한다. 즉 미생물은 우리 인생에서 가장 믿고 의지할 수 있는 동반자이며, 미생물 불균형은 우리에게 예상치 못한 큰 타격을 줄 수 있다는 사실이다. 이 미생물의 과학은 우리에게 한 가지 커다란 희망을 던져준다. 바로 우리가 쉽게 변화시킬 수 없는 인간 세포와는 달리 우리 몸속 미생물들은 우리의 노력으로 좀 더 나은 방향으로 변화시킬 수 있다는 사실이다. 그 시작은 평생의 동반자이자 인체의 숨은 지배자인 미생물을 제대로 알고 이해하는 것이다.

인체는 끊임없이 역동적으로 변화하고 있는 하나의 생태계다. 이 책은 인류가 지구 상의 선배인 미생물을 어떻게 효율적으로 활용하고, 어떻게 그것과 공존하는 방향으로 진화해왔는지 생각해보게 한다. 뿐만 아니라 우리가 우리의 몸을 새로운 각도에서 바라보게 만들어줄 것이다.
- 고광표 / 서울대학교 보건대학원 교수, 마이크로비옴센터 센터장

들어가며_ 미생물과 함께 살다

머리말_ 나머지 90퍼센트
제2의 게놈을 만나다/ 미생물과 한 팀을 이루다/ 충수와 자연선택/ 무균 쥐 실험/ 미생물이 하는 일/ 미생물과의 교감

1장_ 정상의 탈을 쓴 21세기형 질병들
미생물이 일으킨 감염병/ 죽음을 몰아낸 예방접종/ 깨끗한 병원과 식수/ 항생제의 발견/ 21세기의 새로운 ‘정상’/ 전염성 질병을 대체하다/ 어디서 21세기형 질병이 발생하는가/ 누가 21세기형 질병에 걸리는가/ 언제 21세기형 질병이 시작되었나

2장_ 모든 병은 장에서 시작된다
어제보다 더 뚱뚱한 오늘/ 도대체 왜 살이 찌는가/ 세균 숲이 파괴되다/ 피터 턴보의 실험/ 게으른 사람이 비만이 되는가/ 니킬 두란다의 실험/ 아커만시아의 효과/ 그 이상의 원인을 찾다

3장_ 뇌에 손을 뻗다
숙주를 조종하는 미생물/ 앤드루는 왜 자폐아가 되었나/ 자폐증은 선천적인 것인가/ 장내 감염과 자폐증의 연관성/ 성격을 바꾸는 미생물/ 인간의 사랑에 관여하는 미생물/ 행복과 우울을 만들다/ 뇌와의 연관성을 밝히려는 노력/ 사람에서 사람으로

4장_ 이기적인 미생물
위생가설의 대두/ 미생물의 생존기/ 미생물과 진화/ 항생제 복용의 명암/ 미생물과 면역계의 협업/ 면역과의 거리를 좁히다/ 면역계를 훈련시키는 방법

5장_ 세균과의 전쟁
항생제의 쓸모/ 항생제 남용의 참혹성/ 외면받은 경고장/ 나도 모르게 먹은 항생제/ 항생제를 둘러싼 의심스러운 사실/ 항균으로 얻는 것/ 손 씻는 행위와 정신 질환의 관계/ 안 씻어도 깨끗한 사람들

6장_ 먹는 대로 간다
영양학으로는 알 수 없는 것들/ 현대 식습관의 변화/ 우리의 식탁에서 늘어난 것/ 우리의 식탁에서 사라진 것/ 체중 감량을 돕는 두 가지/ 착한 식단으로 돌아가기/ 미생물을 의식한 식단
7장_ 엄마가 주는 선물
아기가 제일 처음 엄마에게 얻는 것/ 제왕절개술 대중화의 함정/ 모유 속 미생물의 역할/ 분유가 질병의 확률을 높인다/ 미생물과 평생 함께 가라

8장_ 제자리로 되돌리기
자가중독 이론/ 프로바이오틱스의 이로움/ 대변을 통한 미생물 이식/ 새로운 가능성이 열리다/ 오픈바이옴의 출범/ 되돌리기 위한 노력

맺음말_ 21세기에도 건강하게
새로운 기회/ 사회적 변화/ 개인적 변화/ 선택 가능한 행복

나오며_ 100퍼센트 인간

참고문헌
사진목록
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우리는 겨우 10퍼센트 인간일 뿐이다. 우리 몸에는 우리가 내 몸뚱이라고 부르는 인체의 세포 하나당 아홉 개의 사기꾼 세포가 무임승차를 한다. 우리는 보통 사람의 몸이 살과 피, 근육과 뼈, 뇌와 피부로 이루어졌다고 생각한다. 하지만 여기에 박테리아와 곰팡이를 빼놓아서는 안 된다. 엄밀히 말하면 내 몸은 내 몸이 아니다. 해저에서 수많은 해양 생물의 서식처 역할을 하는 산호초처럼, 우리의 장腸은 100조가 넘는 박테리아와 곰팡이의 보금자리다. 약 4,000종의 미생물들이 1.5미터짜리 대장 안에서 장벽의 주름을 편안한 더블베드로 삼아 삶의 터전을 일구어놓았다. 아마 우리는 평생 아프리카코끼리 다섯 마리의 몸무게에 해당하는 미생물의 숙주 노릇을 하게 될 것이다.
( '미생물과 함께 살다' 중에서/ pp.07~08)

인간의 모든 유전자를 해독해낸 획기적인 ‘인간 게놈 프로젝트’에 뒤이어 과학자들은 많은 양의 DNA 염기서열을 저렴한 비용으로 밝혀낼 수 있게 되었다. 심지어 대변을 통해 체외로 배출된 죽은 미생물조차도 그 안에 고스란히 남아 있는 DNA를 분석함으로써 식별할 수 있게 되었다. 지금까지 우리는 몸속의 미생물들이 별것 아니라고 생각했지만, 현대 과학은 이제 전혀 다른 이야기를 풀어놓는다. 인간의 삶이 이 히치하이커들과 어떻게 서로 얽혀 있으며 이들이 인간의 몸을 어떤 식으로 움직이고 결과적으로 인간의 건강에 얼마나 큰 영향을 미치는지 말이다.
( '미생물과 함께 살다' 중에서/ pp.09~10)

레이는 박테리아를 식별하는 바코드로 쓰이는 16S rRNA 유전자의 DNA 염기서열을 비교하여 장내에 어떤 박테리아들이 있는지 알아낸 뒤 비만 쥐와 마른 쥐의 미생물총을 비교하였다. 생쥐들의 장에는 의간균과 후벽균Firmicutes 두 그룹의 박테리아들이 우점하고 있었다. 그러나 마른 쥐와 비교했을 때 비만 쥐의 의간균은 절반 수준, 후벽균은 비슷한 수준을 보였다.
레이는 의간균과 후벽균의 비율 차이가 비만에 근본적인 영향을 미칠지도 모른다는 생각에 흥분해서 이번엔 살찐 사람과 마른 사람의 미생물총을 비교했다. 그러자 쥐에서와 비슷한 결과가 나타났다. 살찐 사람들은 후벽균이 훨씬 많았고 마른 사람들은 의간균이 더 많은 비율을 차지한 것이다.
( '2장 모든 병은 장에서 시작된다' 중에서/ p.118)

이 시점에서 엘렌은 하나의 가설을 생각해냈다. 엘렌은 앤드루가 틀림없이 클로스트리듐 디피실리와 근연 관계에 있는 클로스트리듐 테타니Clostridium tetani(파상풍 유발균)에 감염되었다고 생각했다. 클로스트리듐 테타니는 일반적으로 혈액으로 들어가 근육 마비를 일으키지만, 앤드루의 몸에 감염된 박테리아는 혈액이 아닌 그의 장으로 들어간 것이다. 엘렌은 중이염 치료 목적으로 처방받은 항생제가 앤드루의 장에 사는 보호성 박테리아까지 모조리 박멸한 뒤 그 빈자리를 클로스트리듐 테타니 대신 차지했을 가능성에 힘을 실었다. 클로스트리듐 테타니가 장에서 생산한 신경독소 물질이 어떤 식으로든 앤드루의 뇌에까지 이동했을 것이다. 엘렌은 흥분에 차서 이 가설을 주치의에게 털어놓았다.
( '3장 뇌에 손을 뻗다' 중에서/ p.155)

페기 칸 헤이에게는 그녀가 아프기 전이라면 느꼈을지도 모르는 역겨운 생각이 조금도 들지 않았다. 캘리포니아의 병원에서 결장 내시경으로 남편의 대변을 걸러서 나온 미생물을 이식하고 회복하면서 겨우 몇 시간 만에 페기의 몸은 이미 훨씬 나아졌다. 몇 달 만에 처음으로 페기는 화장실을 가지 않아도 됐다. 무려 40시간 동안 페기는 화장실 근처에도 가지 않았다. 며칠이 지나자 설사는 완전히 멈췄다. 2주가 지나자 다시 머리가 자라기 시작했고, 마흔 살이 된 페기의 얼굴에 났던 여드름도 깨끗이 들어갔다. 체중도 회복하기 시작했다.
시디프 감염을 항생제로 다스리면 치료될 확률이 약 30퍼센트 정도이다. 수백만 명의 사람들이 매년 시디프에 감염되고 이들 중 수만 명이 사망한다. 그러나 단 한 번의 미생물 이식으로 시디프 완치율은 80퍼센트까지 올라간다. 페기의 경우처럼 첫 번째 이식 이후에 시디프가 다시 재발하는 경우라도 두 번째로 이식하면 치유율을 95퍼센트까지 높일 수 있다. 약물 처방 없이 겨우 몇백 달러의 비용으로 단 한 번의 비수술적 시술을 통해 목숨을 위협하는 질병을 높은 성공률로 고칠 수 있는 다른 방법은 생각할 수가 없다.
( '8장 제자리로 되돌리기' 중에서/ pp.401~402)