솔직히 저는 미생물을 그냥 병원균의 동의어쯤으로 알고 있었습니다. 코로나 초기에 근거 없는 정보가 공포보다 먼저 퍼지는 걸 직접 겪으면서도, 정작 미생물이 뭔지는 제대로 생각해본 적이 없었습니다. 그러다 1979년 소련에서 벌어진 탄저균 누출 사건을 알게 되고 나서야, 이 작은 존재들이 얼마나 복잡하고 깊은 세계를 갖고 있는지 다시 보게 되었습니다.
탄저균이 처음 가르쳐준 것
1979년, 소련 스베르들롭스크의 한 마을에서 집단 사망 사건이 발생했습니다. 처음에는 감기처럼 시작해서 고열과 폐렴 증세로 이어졌는데, 수십 년이 지나서야 원인이 밝혀졌습니다. 바로 군사 시설에서 누출된 탄저균(Bacillus anthracis)이었습니다. 여기서 탄저균이란 토양 속에 자연적으로 존재하는 세균으로, 포자 형태로 공기 중에 퍼져 호흡기를 통해 감염되면 치사율이 매우 높은 미생물입니다. 인위적으로 만들어진 것이 아니라, 원래부터 지구에 존재하던 생명체였다는 점이 처음에는 충격이었습니다.
그런데 이 사건에서 제가 더 충격받은 부분은 따로 있었습니다. 수십 년간 정부가 이 사실을 숨겼다는 것, 그리고 그 사이에 얼마나 많은 오해와 불신이 쌓였는가 하는 점입니다. 코로나 초기에도 비슷한 일이 반복됐습니다. 정확한 정보보다 추측이 먼저 퍼지고, 공포가 실제 피해보다 커지는 상황을 저는 직접 겪었습니다. 탄저균이 처음으로 미생물이 질병을 일으킨다는 사실을 과학적으로 입증하는 데 쓰인 미생물이라는 것도 이때 알게 됐습니다. 아이러니하게도, 생명을 앗아간 균이 미생물학이라는 학문의 출발점이 된 셈입니다.
과학적 사실의 투명한 공개가 얼마나 중요한지, 이 사건이 다시 한번 상기시켜 줍니다. 국가권력과 과학기술이 결합될 때 발생할 수 있는 위험성은 지금도 유효한 이야기입니다.
미생물의 소통: 과장인가 실제인가
일반적으로 소통이라고 하면 언어를 쓰는 고등 동물의 영역이라고 알려져 있지만, 제 경험상 이건 좀 다르게 볼 필요가 있습니다. 실제로 미생물이 화학 물질로 서로 정보를 주고받는다는 연구 결과는 이미 상당히 축적돼 있습니다.
예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)의 경우가 대표적입니다. 여기서 예쁜꼬마선충이란 몸길이 약 1mm의 투명한 선형동물로, 신경계와 유전자가 잘 밝혀져 있어 생물학 연구의 모델 생물로 널리 쓰입니다. 이 선충이 페로몬(pheromone)을 통해 소통한다는 사실은 이미 알려져 있었는데, 연구를 통해 밝혀진 건 그 구조가 놀랍도록 인간의 언어와 닮아 있다는 점이었습니다. 아스카리로즈라는 당 골격에 지방산 꼬리 길이를 바꾸거나 트립토판 같은 화학기를 붙이는 방식으로 의미가 달라진다는 것입니다. 자음과 모음을 조합해 단어를 만드는 한글의 구조와 비슷하다는 해석이 나올 만합니다.
전 세계 각지에서 채집된 예쁜꼬마선충의 페로몬을 비교했더니 지역마다 조성이 다르다는 결과도 있었습니다. 방언이 존재한다는 뜻입니다. 다만, 저는 이 부분을 접하면서 한 가지 의문이 들었습니다. 이걸 '언어'라고 부르는 것이 과학적으로 적절한가 하는 점입니다. 언어에는 규칙과 맥락이 필요합니다. 지금 단계에서는 화학적 신호 체계, 즉 시그널링(signaling)이라고 보는 것이 더 정확할 수 있습니다. 대중적 흥미를 위해 인간의 언어와 비교하는 방식은 효과적이지만, 독자가 이를 은유적 표현으로 받아들이는 것이 중요합니다.
세균의 소통 방식을 정리하면 다음과 같습니다.
- 쿼럼 센싱(Quorum Sensing): 세균이 화학 신호 물질을 분비해 주변 개체 수를 파악하고, 일정 수 이상이 모이면 집단적으로 특정 행동을 시작하는 메커니즘입니다. 집단 행동의 스위치라고 보면 됩니다.
- 페로몬 신호: 예쁜꼬마선충처럼 화학 물질로 상태 정보(먹이 부족, 번식 시기 등)를 전달합니다.
- 음향 신호: 세균이 성장 과정에서 가청 주파수(20~20,000Hz) 밖의 소리를 낸다는 연구가 보고되고 있으며, 이를 장내 미생물 상태 진단에 응용하려는 시도가 이어지고 있습니다.
안톤 반 레이우엔훅이 남긴 것
미생물의 존재를 처음 발견한 사람이 훈련받은 과학자가 아니었다는 사실은 여전히 인상적입니다. 17세기 네덜란드의 옷감 장수 안톤 반 레이우엔훅(Antonie van Leeuwenhoek)은 렌즈를 직접 깎아 현미경을 만들었고, 후추 물에서 꼼지락거리는 존재를 발견했습니다. 그는 이 미세한 생명체를 '애니멀큘(Animalcule)', 즉 미세동물이라고 불렀습니다.
영국 왕립학회는 처음에 이 옷감 장수의 편지를 무시했습니다. 이름 없는 아마추어의 주장을 믿기 어려웠던 것입니다. 하지만 레이우엔훅은 집념 있게 편지를 계속 보냈고, 결국 로버트 훅이 확인에 나섰습니다. 사실로 밝혀지자 왕립학회는 1680년에 그를 정식 회원으로 추대했습니다. 그는 90세 가까이 살면서 200~300개의 현미경을 만들었고, 돌아가시기 직전까지 편지를 썼습니다.
저는 이 이야기를 읽으면서 어릴 때 문방구에서 처음 돋보기를 샀던 기억이 났습니다. 길을 걸으면서 땅도 보고 잎도 보고 물도 보던 그 감각이요. 레이우엔훅도 그런 사람이었을 것입니다. 그가 남긴 말이 그것을 잘 보여줍니다. 자신이 대단한 일을 한 것이 아니라, 남보다 호기심이 조금 더 강했을 뿐이라고. 그 호기심이 지금 우리가 알고 있는 미생물학의 출발점이 됐습니다.
과학사에서 이처럼 비전문가가 핵심적인 발견을 한 사례는 생각보다 많습니다(출처: 영국 왕립학회 공식 홈페이지). 레이우엔훅의 사례는 그 중에서도 특히 상징적인데, 제도권 밖에서 시작한 호기심이 어떻게 한 학문의 문을 열 수 있는지를 보여주기 때문입니다.
합성생물학과 미생물의 미래
지금 미생물 연구에서 가장 뜨거운 키워드는 합성생물학(Synthetic Biology)입니다. 여기서 합성생물학이란 생명체의 유전자를 설계하고 재조합해 새로운 기능을 구현하는 학문으로, 쉽게 말해 생물을 부품처럼 설계하고 조립하는 공학적 접근입니다. 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술이 대표적인 도구인데, 크리스퍼란 세균의 면역 시스템에서 유래한 유전자 편집 기술로 원하는 DNA 서열을 정밀하게 자르고 수정할 수 있습니다.
실제 응용 범위는 이미 상당히 넓어졌습니다. 신약 개발에서 바이오메탄, 바이오연료 생산까지 산업 전반에 걸쳐 미생물이 쓰이고 있습니다. 세계경제포럼(WEF)은 합성생물학이 향후 10~20년 내에 의료, 농업, 환경 분야를 근본적으로 바꿀 기술 중 하나라고 분석하고 있습니다(출처: 세계경제포럼).
화성 테라포밍(Terraforming) 논의에서 미생물이 핵심 수단으로 거론되는 것도 같은 맥락입니다. 테라포밍이란 다른 행성의 환경을 지구와 유사하게 바꾸는 과정을 말합니다. 시아노박테리아(Cyanobacteria)처럼 광합성으로 산소를 생산하는 미생물을 먼저 투입해 대기를 변화시키자는 구상이 실제로 연구되고 있습니다. 남극 드라이밸리의 극한 환경에서 살아남는 미생물들이 화성 환경 적응 가능성을 타진하는 실험 대상이 되는 이유도 여기에 있습니다.
다만, 저는 이 부분에서 한 가지를 짚고 싶습니다. 과학기술이 강력해질수록 윤리적 책임과 투명성이 함께 강화되어야 한다는 점입니다. 탄저균 누출 사건처럼, 강력한 기술이 통제를 벗어날 때의 결과는 질병에 그치지 않고 사회적 불신으로 번집니다. 합성생물학도 예외가 아닙니다.
미생물은 지구에서 가장 오래된 생명체이면서, 동시에 가장 미지의 영역으로 남아 있습니다. 우주의 별 수보다 많다고 추정되는 지구상의 미생물 수처럼, 우리가 아직 모르는 것이 아는 것보다 훨씬 많습니다. 단순히 병원균 박멸의 대상으로만 보던 시각에서 벗어나, 이들이 어떻게 서로 소통하고, 사회를 이루고, 지구 생태계를 떠받치는지를 이해하는 것이 먼저입니다. 그 이해 위에서 기술이 발전해야 오남용 없이 오래 쓸 수 있습니다. 미생물의 '미'가 미지(未知)의 미라는 말, 저는 꽤 오래 기억할 것 같습니다.
참고: [취미는 과학/ 확장판] 11화 미생물, 어디까지 들어봤니? (feat. 김응빈 교수) : https://www.youtube.com/watch?v=StYWJLxlQWQ&list=PLkKcqR2KGxgzqeKZo1Rx93kJFokuVkpye&index=81