동물들은 어떻게 독성물질에 저항하게 되는가?

동물들은 어떻게 독성물질에 저항하게 되는가?

(How Do Animals Become Resistant To Poison)


   당신은 왜 많은 호주산 파리들이 둥글 납작한지 알고 있는가? 인구증가를 빗댄 은어가 아니라, 사실을 말하고 있는 것이다. 사실상 그 파리들은 오직 발바닥만 두툼하다. 바로 이것이 오늘날 살충제의 사용에도 불구하고 많은 파리들이 살아남고 있는 주된 이유이다.

살충제가 뿌려지는 순간에 얇은 피부를 가진 파리는 불리하다. 독성이 피부표면을 통해 빠르게 흡수되고, 긴급상황으로 파리는 죽어버린다. 그러나 저항력 있는 두꺼운 발바닥을 지닌 파리들은 독성물질에 강하다. 그러한 파리는 살아남을 수 있는 것이다.

실제적으로 이것은 일반적인 상황에서 면역성을 가진 파리의 경우를 말하는 것이 아니다. 독을 중화시키는 능력과 관계된 이야기가 아니라, 독에 저항하는 방법을 묘사하고 있는 것이다. 일부 파리들은 그들의 발로 걸으면서 먹이를 얻기 때문에, 그 두터운 발은 유전되는 경향이 있다.

이 문제를 생각해보기 위해, 먼저 두꺼운 발바닥을 지닌 파리들이 출현하게 된 사실을 알아보자. 우리가 두꺼운 피부와 얇은 피부의 파리 모두에게, 살충제를 뿌리면, 얇은 피부의 파리가 더 많이 죽는다. 얇은 피부의 파리들은 점점 감소하고, 살충제로부터 생존할 수 있는 두꺼운 발바닥을 지닌 개체가 증가하게 된다. 그 개체군이 두꺼운 발바닥을 지닌 파리들로 구성될 때, 살충제는 별로 효과적이지 못하게 된다. 몇 세대가 흐르면, 우리의 자손들은 얇은 피부를 가진 파리를 전혀 보지 못하게 될 것이다.

그러나 이것은 심각한 문제이다. 이미 DDT 저항성을 지닌 곤충과 동물들이 나타난 경우가 있었고, 그들은 자손에게 그 유전자를 전하고 있다. 지난 50년 동안에 400 여종의 곤충, 50 여종의 균류, 여러 종의 잡초들이 살충제에 면역성을 띠게 되었다. 유감스럽게도 말라리아 모기를 죽이려고 살충제가 살포된 지역에서, 지금은 살충제에 면역력을 가진 43종이 넘는 모기들이 생겨났다. 어떻게 이런 일이 일어났을까? 대답은 기대했던 것과는 반대였다. 그러나 그것들이 지니게 된 저항성은 무엇인가를 얻음으로 생겨난 것이 아니라, 잃음으로 생겨났다.

녹병균(rust)에 강한 밀(wheat)을 얻기 위해서 수많은 실험들이 행해졌다. 무작위적 돌연변이에 의해 무엇인가 좋은 변화를 얻을 수 있다는 진화론적 신념 안에서, 그들은 수백만의 밀 종자에 방사능을 쬐어 돌연변이를 일으켰다. 그 종자는 자란 후, 녹병균에 저항성을 지니게 되었다. 이 경우 그 식물은 알려진 모든 종류의 녹병균에 저항성을 지닌 채 자라났다. 그렇지만, 엽록소가 거의 없어서, 누렇게 변색되었고, 가늘고 느리게 자랐다. 결과가 이처럼 나쁘게 나오자, 많은 생물학자들은 처음에 가졌던 기대를 잃어버리게 되었다. 그들은 자연적으로 녹병균에 저항성을 가지고 있는 야생의 밀을 채취해서, 상품화된 밀과 교배를 실시하였다.

많은 사람들은 약물에 대해 저항성을 가지는 세균들은 진화된 것이라고 오래 전부터 주장하여 왔다. 이것에 대해서 생각해 보자. 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 당신을 병원으로 가게 하던 기분 나쁜 미생물로 심각한 문제를 일으켰었으나, 페니실린 한방으로 쉽게 치료된 이후, 아무것도 아닌 존재가 되었다.

곰팡이에서 추출한 화학물질인 페니실린은 많은 박테리아 세포 내에서 '몸 건축' 에 관여한다. 페니실린에 노출되면, 많은 박테리아가 murein (박테리아의 세포벽을 만들고 수리하는데 사용되는 물질)을 만들 수 없게 된다. 이 세포벽은 박테리아의 방어벽이다. 세포벽이 없으면, 수분이 너무 빠르게 스며들어, 박테리아가 터져 버리게 된다. 그리고 세포벽이 없으면 박테리아의 번식(두 개로 분열)도 불가능하다. 이런 까닭으로, 박테리아가 페니실린에 노출되면 별다른 유해함을 일으키지 못하고 죽어버리는 것이다.

적절한 배양 환경에서 실시된 실험에서, 때때로 박테리아는 그들의 세포벽을 잃어버리고, 돌연변이를 일으키고, 혹은 L 형태로 퇴화된다. 이같이 퇴화된 L 형은 정상적인 것보다 저항성이 적어지고, 특정 조건에서만 살아갈 수 있다. 일반적인 박테리아와 비교했을 때, 이들은 약물의 공격에 비교적 약하게 저항한다. 오직 페니실린만 제외하곤 말이다. 세포벽이 없는 박테리아들은 페니실린이 있건 없건 거의 상관하지 않는다.

이런 박테리아는 정상적인 박테리아보다 느리게 번식하고, 덜 위협적이다. 그렇지만 중요한 것은, 그것들은 페니실린으로 처치할 수 없다는 점이다. 자연에서 발견되는 어떤 박테리아 들은 세포벽이 없고, 그들 중 일부는 인간에게 매우 치명적인 것으로 밝혀졌다. 폐렴균과 같이 세포벽이 없는 박테리아는 병원성을 가지고 있다. 페니실린은 세포벽이 없는 미생물들 대부분에 영향을 미치지 못한다. 폐렴균과 같은 미생물은 세포벽을 만드는 능력을 잃어버린 박테리아의 후손들이다. 그들은 변형된 형태로서, 사람에게 병을 일으키는 것은 퇴화된 관계 때문이다. 그들의 페니실린 저항성은 유전적 반응으로 얻어진 것이 아니라, 그들이 기존에 가지고 있던 유전정보의 소실에 의해서 얻어진 것이다.

그렇지만, 포도상구균(staphylococci) 박테리아는 위와 같은 '세포벽 없애는 트릭'이 필요하지 않았다. 그것들은 penicillinase 라는 효소를 사용하여 페니실린을 분해 할 수 있다. 이 박테리아가 지닌 효소가 페니실린을 분해하는 방법 중 몇 가지는 알려져 있다. 그 효소를 만들어 내는 유전자는 비록 사용되지 않았거나, 혹은 사용되었더라도 다른 목적으로 사용되었던 유전자로서 기존에 이미 존재해있던 것이었다. 페니실린이 박테리아 주변으로 침투하면, 그 유전자가 작동하기 시작한다. 페니실린 분해 효소가 생산되면서, 그 박테리아는 '저항성'을 띠게 된다. 이런 박테리아들은 페니실린이 제거되면, 유전자의 스위치가 오프(off)되어  페니실린 분해 효소의 양이 줄어든다.

때때로, 이런 타입의 박테리아는 돌연변이(페니실린이 없는데도 분해 효소가 생산되는 등)로 인해 고통받곤 한다. 또한 흥미롭게도, 이와 같은 돌연변이 박테리아는 페니실린 분해 효소라는 환상적인 방어체계의 존재에도 불구하고, 정상 박테리아 보다 훨씬 성장이 느리다는 점이다.

그럼 우리는 어떻게 해야 한방의 페니실린으로 이런 박테리아를 없앨 수 있을까? 그것은 쉽다. 우리는 페니실린 분해 효소를 생성하는데 능숙하지 못한 것들을 간단히 없애고, 효소 생성에 능숙한 것들은 남겨 두면 된다. 유감스럽게도, 페니실린 저항성 박테리아가 그렇지 않은 것과 잡종 교배할 경우, 그 저항성은 유전된다. 만약 페니실린 한방으로 모든 것을 치료하는 의사가 있다면, 그는 모든 박테리아가 페니실린 저항성을 지니는 그 날을 좀 더 빨리 오게 할 수 있고, 그렇게 되면, 우리는 더 이상 병을 다스리는 데에 페니실린을 사용할 수 없게 될 것이다.

설폰아마이드(sulphonamide) 저항성은, 돌연변이의 결과로 박테리아가 획득한 저항성 중에서도 흥미 있는 것 중의 하나이다. 화학적 독성물질인 sulphonamide 는 황과 질소의 복합물이다. 이 물질은 박테리아에 필요한 folic acid의 형성을 방해하여 성장을 저해시킨다. 그 기전을 살펴보면, sulphonamide는 자연적인 물질인 folio acid와 매우 유사하기  때문에, folic acid의 생성은 억제된다 (folio acid는 paramino benzoic acid (PABA)라고 일컬음). 박테리아 내에서, PABA와 반응해야 하는 효소가, 대신에 sulphonamide 와 반응하게 되고, PABA는 전부 혼란에 빠져버리게 된다.

저항성이 있는 이 박테리아들은 길이와 전하 분포가 바뀐 돌연변이 효소를 가지고 있다. 그 효소는 효과가 별로 좋지는 못하지만 형태가 변하였기 때문에 sulphonamide와 더 이상 반응하지 않고, 그래서 박테리아가 저항성을 지니게 되는 것이다. 이와 같은 돌연변이 효소는 유감스럽게도 다른 화학물질의 공격을 받아 감수성(상하기 쉬운)이 증가하곤 한다.

그러나 주목해야할 점은 sulphonamide의 노출이 돌연변이를 만들지 못한다는 것이다. 박테리아는 노출 이전에 효소 생산이 부족하게 되거나 죽게된다. 흥미있는 점은, 이와 같은 돌연변이 박테리아 중 일부가 독성이 제거되고 나면, 정상적인 것으로 다시 되돌아간다는 점이다. 독성이 제거되면, 돌연변이 종은 정상적인 것과 성장 속도나 번식률에 있어서 감히 상대가 되지 않는다.

우리는 저항성이 없는 박테리아의 섬멸에 성공하였다. 대신 저항성 있는 박테리아만을 오직 남겨두었다. 전쟁은 다시 시작된다. 물론 우리는 새로운 약품을 가지고 전쟁을 시작할 수 있다. 그렇지만 같은 방식을 계속 고수한다면, 더욱 강력한 병원균이 만들어질 뿐이다.

어떤 연구 단체가 이러한 문제를 극복하는데 매우 재미있는 방법을 발견하였다. 그 방법은, 어떤 수컷 파리들은 빛과 암컷 파리에 저항성이 없다는 관찰에서 비롯되었다. 보통 파리들은 한번 교미한 후 바로 죽는다. 밤에 들판에 빛을 비추게 되면, 수컷 파리는 빛 가까이 날아온다. 그들이 가까이 다가올 때 눈치채지 못하는 사이 생식기에 자외선을 쏘아 살균하는 것이다. 이렇게 살균된 수컷들은 암컷을 찾아 멀리 멀리 날아가, 교미한 후 행복하게 죽는 것이다. 암컷들도 알을 낳고 행복하게 죽는다. 그 알들이 죽고 우리는 행복해진다.

이 예화가 정말로 말하고 있는 것은, 변화로 말미암아 면역력이 생기는 것이 아니라는 점이다. 면역력은 진화되지 않았다. 약물에 노출되기 전에 올바른 면역반응이 개체집단의 유전자내에 존재하지 않았다면, 노출 후에도 존재하지 않을 것이다.  

유전자는 새로운 유전정보로 진화되지 않는다. 그들은 고유의 기능을 굳건히 유지하거나, 혹은 유기체에 해로운 것들이 증가해서 효율이 점점 떨어지거나 퇴화된다는 것이다.

 

 

*참조 : Is Bacterial Resistance to Antibiotics an Appropriate Example of Evolutionary Change? 
http://www.creationresearch.org/crsq/articles/41/41_4/bact_resist.htm

The adaptation of bacteria to feeding on nylon waste
http://creationontheweb.com/content/view/1586



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v3/i4/poison.asp ,

출처 - Creation 3(4):5–9, November 1980

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=495

참고 : 717|4153|2767|4561|4817



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