선천적 면역과 후천적 면역

손가락을 베이면 몇 시간 안에 상처 둘레가 붉게 붓고 뜨거워진다. 그런데 그 세균만 골라 붙는 항체는 처음 감염되면 1~2주가 지나야 충분히 만들어진다. 30분마다 두 배로 불어나는 세균이라면 2주 동안 수없이 많아질 것이다. 항체가 오기 전까지 몸은 무엇으로 버틸까? 그리고 그 방어가 약하면 무슨 일이 일어날까?

식세포가 세균을 없애는 빠르기 (/시간)

2.5.1선천적 면역

선천적 면역은 태어날 때부터 갖추고 있으며, 병원체의 종류를 가리지 않고 곧바로 작동한다. 피부와 점막이 첫 번째 벽이고, 눈물과 침의 라이소자임이 세균의 세포벽을 녹인다. 벽을 뚫고 들어온 세균은 대식세포와 호중구 같은 식세포가 삼켜 분해한다. 식세포는 많은 세균에 공통으로 있는 분자 무늬를 알아보는 수용체를 가지고 있다. 그리고 감염된 곳의 세포가 내놓는 히스타민 같은 물질은 모세 혈관을 넓히고 새게 해, 식세포와 혈장 단백질이 그곳으로 몰려오게 한다. 이것이 염증이다.

그림 1에서 식세포의 빠르기를 바꾸어 보자. 식세포가 시간당 2.0의 비율로 세균을 없애면 알짜로 시간당 0.61씩 줄어, 세균 1000마리가 약 11시간 만에 사라진다. 그런데 빠르기가 1.0으로 떨어지면 세균이 시간당 0.39씩 늘어, 24시간 뒤에는 1000만 마리가 넘는다. 즉 선천적 면역이 증식을 따라잡느냐가 감염의 처음 몇 시간을 정한다. 항암 치료로 호중구가 크게 줄어든 환자에게 가벼운 감염도 위험한 까닭이다.¹

2.5.2후천적 면역과의 협력

후천적 면역은 특정 항원만 골라 공격하며, 처음 만난 항원에는 1~2주가 걸리지만 한 번 만난 항원은 기억해 두 번째에는 훨씬 빠르고 세게 반응한다. 그런데 두 면역은 따로 일하지 않는다. 대식세포와 수지상 세포는 삼킨 병원체의 조각을 세포 표면에 내보여 보조 T 림프구를 깨운다. 거꾸로 B 림프구가 만든 항체는 세균 표면에 붙어 식세포가 세균을 더 쉽게 삼키게 하고, 보체 단백질을 불러 세균에 구멍을 낸다. 그래서 선천적 면역이 빠지면 후천적 면역도 시작되지 못하고, 후천적 면역이 빠지면 선천적 면역만으로는 끈질긴 감염을 끝내지 못한다.

2.5.3예제 풀이

(가) 24시간은 30분이 48번이므로 \(1000 \times 2^{48} \approx 1000 \times 2.8 \times 10^{14} = 2.8 \times 10^{17}\)마리이다. 실제로는 영양분이 바닥나 이렇게까지 늘지 않지만, 방어가 없다면 하루 만에 감당할 수 없는 수가 된다.

(나) 알짜 변화율은 \(1.39 - 2.0 = -0.61\)/시간이다. 1000마리가 1마리가 되려면 \(e^{-0.61t} = 10^{-3}\)이어야 하므로 \(t = \dfrac{\ln 1000}{0.61} \approx 11.3\)시간이다. 이렇게 선천적 면역이 증식을 앞지르면 대부분의 작은 감염은 항체가 생기기 전에 끝난다. 그래서 후천적 면역은 선천적 면역이 다 막지 못한 끈질긴 감염과 다음 감염을 맡는다.

아래 탐구 카드에서 면역에 참여하는 물질과 세포를 정리하고, 한쪽 면역을 지운 모형으로 두 면역의 관계를 추론해 보자.

1. 선천적 면역의 수용체가 세균의 공통 무늬를 알아본다는 사실은 1990년대 초파리와 생쥐에서 톨 유사 수용체가 발견되며 밝혀졌다. 보이틀러와 호프만은 이 공로로 2011년 노벨 생리의학상을 받았다.