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제목 나와 마이크로바이옴의 창발성(emergence, emergent property), 존재와 관계
작성자 닥스메디오랄바이옴 등록일 2023.5.11 조회수 92614

다음 말은 맞는 걸까?

“대장균에 사실인 것은 코끼리에도 사실이다.” What is true for E. coli must also be true for elephant"

1965년 노벨 생리의학상 수상자인 프랑스이 과학자 자크모노가 했다는 말이다. 세포 하나짜리 대장균이나 거대 다세포인 코끼리나 어차피 생명의 본질인 DNA 의 화학적 구조가 같다는 것이다. 그러니, 대장균 같은 모델생물을 알면, 거기에 적용 가능한 것은 코끼리에도 내 몸에도 적용 가능하다는 것이다. 1950-60년대 생명의 본질이라 규정되는 유전자(DNA) 의 구조를 밝혀가는 과학자들의 환호성이 들리는 듯 하다.

하지만, 이건 틀렸다. 이런 명제는 생명의 또다른 특징인 관계, 상호의존성을 삭제한 것이다. 이 관계가, 유전자 자체만큼, 혹은 그보다 더 중요한데도 말이다.

 


 

하나의 수정란으로 부터 시작된 인간은 30조개가 넘은 각기 다른 세포로 분화된다. 그러면서 인간은, 세포하나짜리 세포와는 전혀 다는 특질을 갖는 존재가 된다. 창발성(emergent property)https://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_differentiation

나를 이루는 30조개의 세포들은 모두 어머니와 아버지가 결합된 수정란에서 시작된다. 대장균과 같은 세포 하나짜리다. 그 세포들이 같은 유전자로 계속 자기 복제를 하면서 내 몸을 이룬다. 그런데, 구강에 위치한 세포는 치아와 잇몸을 만든다. 반면 배 쪽 세포는 장세포를 만든다. 심장과 혈관쪽은 내 피가 잘 돌도록 혈관 내피세포와 심장근육세포를 만든다. 같은 세포에서 출발했고, 같은 유전자를 가졌는데도 각기 전혀 다른 세포들이 된다. 그 와중에 그 어떤 외부의 개입도 없었는데도...

이 신비한 생명현상을 과학자들은 창발성(emergence, emergent property)이라 포착한다. 세포 하나짜리에서, 조직(치아 심근 장관gut) , 기관을 거쳐 내 몸이 되는 단계단계마다 그 전에는 볼 수 없었던, 차원이 다른 특질들이 출현(emergent) 한다는 것이다. 그리고 그 창발성의 핵심은 관계와 상호의존성이다.

세포들은 분화하는 동안, 아직도 과학이 규명못하는, 어떤 신호를 주고 받는다. 그 신호에 의해같은 유전자의 특정 부분이 켜지고 꺼진다. . 그러면 구강쪽 위로 밀려간 세포는 그 신호를 통해 내가 이빨을 만들어야 하는 걸 캐치한다. 안쪽으로 밀려들어간 세포들은 소장 대장, 심장, 혈관을 만들테고.. 그렇게 내 몸은 구성되고, 알아서 숨이 쉬어지고 소화가 되면서 생명이 유지된다. 이렇게 같은 유전자의 세포들이 다른 세포로 분화해 가는 과정을 유전학(genetics) 에서는 특별히 후성유전(epigenetics) 라고 표현하기도 한다. .

실은 이런 창발성은 자연계의 보편적인 현상이다. 대표적인 게 물이다. 물 H2O 은 산소 하나와 수소 두개가 결합된 것이다. 이 물의 특징을 산소의 특징과 수소의 특징으로 설명 가능할까? 전혀 다르고 설명이 안된다. 물의 특징은 바로 산소와 수소 사이의 ‘관계’에 있다.

미생물, 마이크로바이옴 안에서도 창발성이 나타난다. 바이오필름 안의 세균은 구조적으로나 기능적으로 상호의존한다. 그러면 개별 세균(planktonic) 상태와는 또다른 특질, 한단계 높은 특질이 나타난다. 바이오필름 안에서 개별 미생물들은 경쟁하고 돕고 뭉치고 신호를 주고 받으며 집단행동을 한다. 창발성이다. . 창발성을 통해 바이오필름 속 세균들은 환경에 대한 적응력을 대폭 높힌다. . (Flemming, Wingender et al. 2016)

창발성은 내 몸과 마이크로바이옴 사이에서도 마찬가지다. 내 몸의 상주세균, 마이크로바이옴이 없으면 내 몸의 면역 발달은 느려진다. 같은 것을 먹어도 마이크로바이옴에 따라 살이 덜찌고 마르고가 결정된다. 나의 정체성을 지키는 면역과 에너지대사에 나와 마이크로바이옴은 상호의존한다는 것이다. 창발성이다. 나라는 존재는 개별 호모사피에스와는 전혀 다른 특질, 상호의존성의 가진 통생명체holobiont 가 된다. (Suárez and Triviño 2019)

 


 

(창발성, emergent property. 인간은 세포 하나에서 분화를 시작하지만, 하나의 유기체까지 성장발달하는 동안 그 전단계에서 전혀 볼 수 없었던 특질이 나타난다. 코끼리 같은 거대다세포유기체도 모두 마찬가지다. )

그럼에도, 현재의 21세기의 의과학은, 그런 창발성, 상호의존과 관계를 무시하는 측면이 여전히 강하다. 모든 세포, 세균, 질병, 감염 등을 그 자체로만 독립적으로 보고, 약과 해결책을 처방한다. 하지만, 그 관계와 창발성을 무시하는 한 부작용으로부터 자유로울 없다. 대표적으로 장내세균을 파괴하는 항생제의 과다사용이다. 헬리코박터를 위암의 주범으로 지목해 항생제로 제균을 하자, 그 결과로 당뇨나 식도암이 증가한다. 인류와 함께 오랫동안 공존 공진화해 오며 아직도 전 세계인의 50% 위장에 서식하고 있는 헬리코박터와의 관계를 파괴한 결과다. (블레이저 2014)

내 몸에 유익한 미생물로 내 몸을 돌본다는 프로바이오틱스란 키워드는 이런 반추의 생활화 일 수 있다. 나와 불가분의 관계에 있는 내 몸 상주세균, 마이크로바이옴과 좋은 관계를 맺어보자는 발상의 전환이란 면에서 그렇다. 그런 면에서, 풍선자체보다 공기와 풍선의 관계성에 주목하는 동양적 발상법이 앞으로의 과학발전에 더 유리할 수 있지 않을까 싶기도 하다.

늘 같은 곳.

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출처 : 사과나무의료재단 김혜성이사장 블로그