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KISTI 과학향기 제1798호

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우리 몸의 방어체계, 보체란 무엇인가?

자막
모든 생명체들은 그들을 먹으려고 하는
다른 생명체들과 싸워서 쫓아내야 합니다
다세포생물은 수십억년 동안 진화하면서
자신을 보호할 여러 방법들을 개발했습니다.
오늘날 인간은 복잡한 방어 체계를 구축하였습니다.
이에는 물리적 장벽(피부), 방어 세포(대식세포),
무기 공장(B림프구) 등이 있습니다.
그렇지만 우리 신체에서 가장
중요한 방어 체계 중 하나는 잘 알려져 있지 않습니다.
바로 보체계입니다.
보체계는 7억년 전에 처음 진화되었습니다.
보체계를 구성하는 30가지 이상의 단백질 군대는
복잡하고 우아한 방식으로 함께 침입자들을 막아냅니다.
모두 합하면 약 1500경 개의
보체 단백질들이 당신 신체의 모든 액체에 포화되어 있습니다.
오직 화학적인 유도를 통해서 작동하는
이 단백질들은 우리가 가지고 있는 침입자에 대한 가장 효과적인 무기들 중 하나입니다.
면역 체계의 다른 많은 부분들은 단지 보체계를 활성화시키기 위한 보조적인 도구일 뿐입니다.
하지만 보체계는 매우 위험합니다.
언제든지 폭발할 수 있는 수많은 작은 폭탄들이 당신의 혈액 속에 있다고 상상해 보세요.
따라서 세포들은 보체의 공격을 방지하기 위한 다양한 메카니즘들을 가지고 있습니다.
좋습니다. 지금부터 보체계가 무엇을 하는지
그리고 왜 그렇게 위험한지를 알아봅시다.
간략하게 보자면 보체계는 세 가지 역할을 가집니다.
병원체를 불활성화하고
면역체계를 작동시키며
병원체가 사멸할때까지 세포막에 구멍을 뚫습니다.
이 같은 역할을 제외하면 보체 단백질들은
의지나 방향성 없이 무작위로 떠다니게 됩니다.
실은, 이것이 면역 전략의 일부입니다.
보체 단백질들은 일종의 불활성 상태로 떠다닙니다.
그들은 아무것도 하고 있지 않습니다. 활성화되고 형태가 변화되기 전까지는요.
단백질의 세계에서 형태는 단백질이 할 수 있는 기능과 할 수 없는 기능을 결정합니다.
형태가 단백질이 상호작용 할 수 있는 물질의 종류와 그 방법을 결정하기 때문입니다.
예를 들자면 불활성화된 형태의 단백질은 아무것도 하지 않습니다.
하지만 활성화된 형태에서는, 예를 들자면,
다른 단백질의 형태를 바꾸어 활성화하고 그 단백질은 다시 다른 단백질들을 활성화할 수 있습니다.
이 같은 메커니즘은 매우 폭발적으로 퍼져나가는 반응의 폭포를 일으킬 수 있습니다.
보체 단백질들을 서로 가까이 붙어 있는 수백만 개의 성냥으로 상상해 보십시오.
하나에 불이 붙는다면 금세 주변의 성냥들도 발화할 것입니다.
그들은 더 많은 불을 일으키고 갑작스럽게 큰 불이 일어날 것입니다.
보체계의 실제 메커니즘은 여기에서 보여주기에 다소 복잡하고 압도적입니다.
여기에서는 단순화시켜서 설명해드리겠습니다.
피부가 베여서 많은 세균이 상처부위로 들어와
주변 조직들로 침입하는 상황을 상상해 보십시오.
보체의 공격은 C3단백질에서 시작됩니다.
C3는 첫 번째 성냥입니다. 거대한 화염을 유발하는 처음의 불꽃입니다.
이 같은 일이 일어나려면 C3가 불활성 상태에서 활성 상태로 켜져야 합니다.
이 같은 일이 일어나는 실제 과정은 복잡합니다. 그렇지만 여기에서는
병원체에 결합하는 다른 보체 단백질들이나 항체에 의해서 무작위적으로 발생한다고 이해해도 무방할 것입니다.
여기에서 중요한 부분은 활성화되면 C3가
C3a, C3b의 두 작은 단백질들로 분리된다는 것입니다.
이중 C3b단백질은 박테리아, 균류, 그리고 바이러스에 특화된 유도 미사일 같은 역할을 합니다.
1초가 안되는 짧은 시간 안에 희생자를 찾지 못한다면 이 단백질은 물 분자에 의해서 무력화됩니다.
만약 C3b가 목표를 찾는다면 그 표면에 단단히 고정되어서 떨어지지 않습니다.
그렇게 함으로써 단백질은 그 형태를 다시 바꿉니다.
이 새로운 형태에서 C3b는 다른 단백질들을 잡을 수 있고 반응의 작은 폭포를 일으킵니다.
C3b는 이 과정에서 형태가 여러 번 바뀌고 다른 보체 단백질들이 C3b에 달라붙습니다.
최종적으로 C3b는 C3 전환효소라고 알려진 일종의 모집 플랫폼으로 바뀝니다.
이 플랫폼은 더 많은 C3를 빠르게 활성화시키고 이 C3는 새로운 주기를 거칩니다.
증폭 고리가 시작됩니다.
얼마 안 지마 수천개의 단백질들이 박테리아를 뒤덮습니다.
박테리아에게 이는 매우 나쁜 소식입니다.
이는 박테리아를 방해하고 무력화하거나 둔화합니다.
수천개의 파리에 뒤덮힌 상황을 상상해 보십시오.
하지만 보체계의 역할은 이게 끝이 아닙니다.
C3의 다른 부분, C3a를 기억하십니까?
C3a는 비상 신호등과 같습니다.
수천개의 C3a는 도움을 부르짖는 전투의 현장에서 흘러나갑니다.
비활성 상태의 면역세포들은 C3a 단백질들을 감지하고
휴면상태에서 꺠어나 단백질의 경로를 거꾸로 따라갑니다.
더 많은 경고 단백질을 만날수록 면역세포는 더 공격적이게 됩니다.
이 방법으로 보체는 지원군을 가장 필요한 곳으로 유도합니다.
지금까지 알아본 바에 따르면 보체는 침입자를 둔화하고 도움을 요청합니다.
보체계는 이제 활동적으로 병원체를 물리치는 것을 돕습니다.
전장에 처음 도착하는 면역세포는 식세포입니다.
식세포는 병원체를 집어삼켜 작은 감방에 가두고 산으로 죽여버립니다.
하지만 병원체를 집어삼키려면 이를 먼저 붙잡아야 하지만
박테리아는 잡히는 것을 피하고 표면이 미끄럽기 때문에 어렵습니다.
하지만 이제는 보체 단백질이 박테리아에 박혀 있기 때문에
면역 세포가 박테리아들을 쉽게 붙잡을 수 있도록 일종의 접착제 역할을 합니다.
파리로 뒤덮인 상황을 다시 상상해 보십시오
이젠, 그걸 벌들로 바꿔 생각해 봅시다.
또 다른 폭포가 시작되려 합니다.
박테리아 표면에서, C3 모집 플랫폼은 다시 그 모양을 바꿉니다.
그리고는 새 단백질들을 모으기 시작합니다.
그들은 함께 더 큰 구조물로써 멤브레인 어택 컴플렉스 (Membrane Attack Complex)를 건설하기 시작합니다.
서서히, 창 모양의 새로운 단백질이 세포막 깊숙히 고정되기 시작합니다.
다시는 회복할 수 없는 구멍이 될때까지 반복합니다.
액체들이 박테리아 안으로 돌진하여 내용물들이 쏟아져 나오게 됩니다.
결국 과다출혈로 죽음에 이릅니다.
남은 박테리아들은 불구가 되면서 둔해집니다.
그리고 도착한 면역세포들에 의해 처리됩니다.
위험해지기도 전에 침략의 싹을 제거해 버립니다.
당신은 아마 알아차리지도 못할겁니다.
하지만 보체계가 박테리아를 괴롭히는 와중에
바이러스들에게는 더 치명적이게 됩니다.
바이러스들에겐 한 가지 문제가 있는데, 그들은 세포간 이동을 해야 된다는 것입니다.
세포 밖에 나가면, 그들은 다른 세포와 부딪히길을 바라며 무작위적으로 돌아다닐 뿐입니다.
이때는 완전히 무방비 상태입니다.
그리고 보체계가 그들을 가로채 불활성화 시킬 수 있습니다.
결국 그들은 불활성화된 상태로 면역세포에게 먹히도록 안내합니다.
보체계가 없다면, 바이러스 감염은 더욱 치명적이었을 겁니다.
잠깐, 그렇다면 이런 효율적인 무기를 가지고도 왜 병에 걸릴까요?
문제는 이 전쟁에서 양 측이 적응한다는 것입니다.
예를 들어 종두증 바이러스가 세포를 감염시킬 때,
보체계 단백질을 비활성화화도록 강요하게 됩니다.
이렇게 해서 바이러스는 감염된 세포 주위에 안전지대를 만듭니다.
바이러스가 세포를 죽이면, 더 많은 감염의 기회가 생기며, 더 높은 성공률을 가지게 됩니다.
혹은 몇 박테리아는 보체계를 안정화시키는 분자를 혈액에서 골라내기도 합니다.
그래서 감지하지 못하게 합니다.
그래서 보체계는 매우 중요하지만,
우리의 면역체계의 복잡하고 아름다운 시스템중의 단 하나에 불과할 뿐입니다.
의식도 없는 그들이 뭉쳐 고차원의 일을 해내는 아름다운 예를 보았습니다.
기사
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번역자: Kurzgesagt – In a Nutshell
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=BSypUV6QUNw&t=224s
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