항체는 도대체 무엇인가?

항체를 설명합니다

2018년, 면역학 분야에서의 획기적인 발견으로 제임스 P. 앨리슨(James P. Allison)과 혼조 다스쿠(Tasuku Honjo)가 노벨 생리의학상을 수상했습니다.

이들은 항체를 이용한 면역치료법, 특히 CTLA-4와 PD-1이라는 단백질을 타깃으로 하는 암 치료법을 개척하며 "암 면역 치료"라는 새로운 패러다임을 열었습니다.

이 연구는 단순히 암을 치료하는 방법을 넘어서, 인간의 면역 시스템이 얼마나 정교하고 복잡하게 작동하는지를 세상에 알린 중요한 사건이었습니다.

과연, 이 작은 단백질 분자인 항체가
어떻게 이런 혁신의 중심에 설 수 있었을까요?

항체는 단순히 병원체를 찾아내는 도구가 아닙니다. 항체는 인체의 면역 시스템이 외부의 침입자를 인지하고, 제거하며, 나아가 이를 기억하게 만드는 정교한 설계의 결정체입니다.

특히, 항체와 항원의 결합은 "열쇠와 자물쇠"처럼 정확하고 특별합니다. 바로 이 정밀성이 우리 몸을 바이러스, 박테리아, 심지어 암세포로부터 지키는 방패 역할을 가능하게 합니다.

더욱 놀라운 점은, 항체의 역할은 여기서 끝나지 않는다는 것입니다. 백신 개발, 바이오 치료제, 암 면역 요법 등 현대 의학의 수많은 진보가 항체의 구조와 작동 원리를 이해하는 데서 시작되었습니다.

항체는 이제 단순한 과학적 발견이 아닌, 생명과학과 의학의 가장 정교한 도구로 자리 잡았습니다.

이 브런치북의 시리즈 글은 항체라는 작은 단백질의 세계를 탐구하며 시작됩니다.

항체의 구조와 기능, 그리고 그것이 우리 몸을 지키는 과정은 물론, 그 연구가 어떻게 인간의 삶을 바꾸는 혁신으로 이어졌는지를 다룰 것입니다.

오늘은 첫 글인 만큼, 항체에 대해서 가볍게 알아보는 시간을 가져 봅시다.

항체는 우리 몸의 면역 시스템의 핵심 구성요소로 외부로부터의 침입자인 항원에 대응하기 위해 만들어지는 특수한 단백질입니다. 이 항체는 B세포라고 불리는 백혈구에서 생산되며 그 구조는 독특한 Y자 형태를 가지고 있습니다.

인체에 존재하는 항체가 항원에 결합하면 이 결합체가 면역 시스템에 신호를 보내 병원체를 제거하도록 돕습니다. 단순하게 보이는 이 과정은 상당히 복잡한데, 이런 부분을 연구하는 학문을 면역학이라고 합니다.

면역학은 현재 시점에서 기전뿐만 아니라, 여러 가지 발전을 거치면서, 의약폼의 첨병이 되는 도구를 만들어 내기 때문에, 상당히 매력적인 학문입니다.

특히, 면역학은 외부 물질을 방어하는 본질적인 학문의 이해와 메커니즘을 기반으로 많은 약들과 새로운 생각을 할 수 있는 창을 우리에게 제공하고 있습니다.

CTLA-4와 PD-1 항체를 통해 Cancer Immunotherapy를 개척한 공로로 노벨상을 수상한 Allison과 Honjo (Tang Prize)

항체는 항원과 항체가 결합하는 방식으로 우리 몸이 다양한 병원체, 예를 들어 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등으로부터 자신을 보호하도록 돕습니다. 즉, 항체는 우리의 건강을 유지하는데 결정적인 역할을 합니다.

그렇기 때문에 항체 그 자체는 생명과학, 특히 의학, 면역학, 약학 그리고 단백질 공학 등의 핵심 주제로 다루어지며 그에 대한 깊은 이해는 우리의 건강과 질병에 대한 통찰을 더 깊게 하는 데 상당히 중요하다고 할 수 있습니다.

따라서, 항체의 중요성을 이해하는 데 있어서 우리 몸의 면역 시스템에 대한 깊은 이해는 필수적입니다.

단순히 항체 구조나 작동 원리 정도만 알아도 되긴 하지만, 전체 면역 시스템을 이해하면서 항체가 어떻게 면역 시스템 내에서 우리 몸을 다양한 병원체로부터 보호하는지, 그리고 이들이 얼마나 복잡하고 정교한 방어 메커니즘을 가지는지를 이해하게 되면 더 흥미롭게 항체를 대할 수 있게 됩니다.

면역 시스템을 간단하게 말한다면,

병원체를 탐지하고 이들에 반응하여 병원체를 중화하고 그 후에 회복 과정을 관리하는 역할을 하는 인체 내 체계를 말합니다.

최근에는 면역 반응에 대한 깊이 있는 이해를 바탕으로, 항체를 이용해 종양이나 다양한 분자들을 공격하는 것까지 가능하게 되었지요.

항체는 이런 면역 시스템의 핵심 구성요소 중 하나로 병원체와 싸우는 데 있어 중추적인 역할을 담당한다고 볼 수 있습니다.

항체는 특정 항원(외부에서 들어오는 "이물질"을 항체가 인식하는 부위, epitope or repertoire), 즉 병원체를 인식하고 결합하는 능력을 가지고 있습니다. 이는 항체가 우리 몸의 방어선에서 중요한 단계를 담당함을 의미합니다.

항체가 항원에 결합하면 이는 면역 시스템의 다른 세포에 신호를 보내 병원체를 공격하거나 제거하도록 활성화시킵니다.

이 과정에서 선천성 면역체계도 동시에 작동하기 때문에, 엄밀히 보았을 때 첫 번째 단계라고 보기는 힘들긴 하지만, 최전선에서 병원체를 인지하는 능력은 항체가 탁월하다고 할 수 있습니다.

항체는 또한 '기억' 기능을 가지고 있습니다.

즉, 한 번 특정 항원에 노출되면 면역 시스템은 그 항원에 대한 특이적인 항체를 만들어 내고 이 항체는 면역 시스템 내에서 오랫동안 유지된다는 것입니다.

그렇기 때문에, 이후 같은 항원이 다시 침입하면, 면역 시스템은 빠르게 그 항원을 인식하고 효과적으로 대응할 수 있습니다. 두 번째 감기가 약하게 지나가는 것을 생각하면 됩니다.

백신의 원리가 되는 면역의 메모리 기능 (Perspectives in Vaccinology Volume 1, Issue 1, August 2011, Pages 25-59)

이러한 항체의 기억 기능은 백신의 원리와도 직결되어 있습니다.

백신을 통해서 약한 항원에 이미 노출을 시킨 상황에서 추후 병원균이 들어온다면 이미 학습된 B세포들이 만들어 내는 항체들의 공격력(양)이 더 빠르게 반응하여 더 안전하게 감염을 방어할 수 있게 되는 것입니다.

어찌 보면 백신은 면역학의 상당한 이해를 요하는 분야임에도 불구하고, 우리 실생활에서는 이런 기작을 모르고도 널리 쓰이고 있습니다. 마치 자동차가 어떻게 움직이는지 몰라도 운전을 할 수 있는 것처럼요.

실제 우리나라에서는 모든 아이들이 태어나자마자 바로 한 방(B형 간염 백신)을 맞고 인생을 시작합니다. 그러니 우리는 알게 모르게 백신의 혜택을 누리며 살고 있습니다.

항체는 면역 시스템에서 중심 역할을 하며 우리 몸이 병원체로부터 스스로를 보호하는 데 있어 결정적입니다. 우리의 면역체계가 외부로부터의 공격, 특히 병원체의 침입에 대응하는 중요한 방어 메커니즘 중 하나가 바로 항체입니다.

여기서 일반적인 병원체를 말하자면 바이러스, 박테리아 등이 있을 수 있습니다. 이러한 병원체들이 우리 몸에 침입하면 우리의 면역 시스템은 그들을 중화하고 제거하는 역할을 하는 항체를 생성합니다.

이렇듯, 항체는 단순한 단백질 이상의 존재로, 우리 몸이 병원체로부터 자신을 보호하는 데 없어서는 안 될 핵심적인 역할을 수행합니다. 그렇기에, 그 구조는 정교하며, 작동 원리는 자연이 설계한 놀라운 예술 작품과도 같습니다.

항체의 이야기를 탐구하면 할수록, 우리는 면역 시스템의 복잡성과 이를 기반으로 한 과학적 발견의 중요성을 더 깊이 이해할 수 있습니다.

이제 현대 의학이 생명을 연장하는 현대 사회에서, 항체에 대한 이해는 단지 학문적 호기심을 충족시키는 것을 넘어, 질병 치료와 백신 개발 같은 의학의 진보로 이어졌습니다. 항체 연구를 통해 밝혀진 면역학적 원리는 우리가 건강을 유지하고 생명을 연장하는 데 실질적으로 기여하고 있습니다.

앞으로 펼쳐질 이야기들은 항체의 구조적 아름다움과 기능적 통찰에 더 깊이 들어가, 우리의 몸이 어떻게 질병과 싸우는지, 그리고 이 작은 단백질이 어떻게 세상을 변화시키고 있는지를 보여줄 것입니다.

개인적으로, 항체라는 작은 분자 이야기가 여러분의 삶을 더 깊이 이해하는 데 영감을 줄 수 있기를 간절히 바랍니다.

다음 글에서는 이런 항체가 가진 신비로운의 구조에 대해서 설명하도록 하겠습니다.