이른 더위로 심심치 않게 식중독 사고 뉴스가 들려온다. 평소에 손을 잘 씻고 음식은 되도록 익혀 먹어야 한다는 당부도 잊지 않는다. 심한 구토와 배앓이로 우리를 괴롭히는 식중독의 주요 원인은 세균 때문이다. 눈에 보이지 않은 작은 존재가 사람의 몸을 좌지우지할 정도로 어머어마한 영향력을 미치고 있는 것이다.
프랑스 의사인 가브리엘 페를뮈테르가 쓴 <왜 아무 이유없이 우울할까?>에 따르면 우리가 불안하고 우울한 이유도 세균때문이라고 말한다. 우리 몸속에 사는 장내세균의 활동으로 인해 감정과 행동의 일부가 결정된다는 것이다. 어떻게 눈에 보이지 않는 세균들이 우리의 몸과 마음을 조종한다는 걸까.
사람들이 세균의 존재를 확실히 알게 된 것은 고작 3백여 년밖에 되지 않는다. 지구가 생긴 것이 46억 년 전이니, 인류보다 앞서 세균의 역사가 시작된 것이다. 한동안 세균은 전염병을 일으키고 음식을 상하게 하는 것으로 사람들 사이에서 악명을 떨쳐왔다.
발효 음식이 몸에 좋다는 사실이 알려지면서 소위 좋은 세균들의 존재도 밝혀졌다. 세균은 하나의 생명체처럼 태어나서 병이 들고 그렇게 소멸되기도 하며 어떨 때는 생존을 위해 몸을 숨기고 변신술을 부리기도 한다. 그야말로 좋은 균, 나쁜 균, 이상한 균의 총집합인 것이다. 알면 알수록 알쏭달쏭한 세균의 세계는 그야말로 호기심 천국이다.
보이지 않는 강한 존재가 항상 우리와 함께하고, 신비롭게 우리를 도와주기도 하며 가끔 벌도 준다는 이야기는 예로부터 사람들 사이에서 인기가 많았다. 그런 면에서 세균은 훌륭한 이야기 소재이다.
자타공인 한국 괴물 전문 작가로 손꼽히는 곽재식 교수는 과학과 상상력을 결합한 스토리텔링에 탁월하다. 환경안전공학과 교수이자 작가로 활동하는 그에게 한국 괴물이 그랬던 것처럼 세균 또한 연구 대상으로 만나 영감의 대상이 된 뮤즈이다. 이상하고 아름다운 세균의 세계를 곽재식 교수의 이야기로 만나보자.
Q. 한국 괴물 전문 작가로 유명한데 세균 분야까지 섭렵하신 건가요?
제가 괴물만큼 애정을 갖고 있는 것이 세균입니다. 저를 베스트셀러 작가로 많이들 알고 계시지만 본업은 공학박사이자 대학에서 환경공학을 강의하는 교수입니다. 환경공학을 하다 보면 필연적으로 마주치는 것이 세균인데요. 세균들이 어떻게 살고 있느냐에 따라 우리 환경이 얼마나 오염되어 있고 건강한 상태인지 살펴볼 수 있기 때문입니다.
보통 실험용 쥐나 작은 물고기들을 이용하는데 가장 많이 쓰이는 것이 에임스 검사(Ames test)라고 해서 세균을 이용하는 실험입니다. 실험할 때는 개체가 많아야 편리한데 세균 10억 마리는 금방 기를 수 있지만 생쥐 10억 마리는 힘들거든요.
세균은 우리 곁에서 아주 가까이 머무는 생물이지만 손 한 번만 씻어도 물에 씻겨 내려가는 허약한 존재입니다. 하지만 한편으로는 지구 환경이 전혀 달랐던 수십억 년 전부터 지금에 이르기까지 어마어마하게 긴 세월 동안 곳곳을 마음껏 누비며 살아온 생물이기도 합니다. 수많은 세균에 대한 온갖 이야기들을 접하고 연구하다 보니 세균의 세계에 빠질 수밖에 없었습니다.
Q. 우리 주변에 세균이 그렇게 많나요?
여러분의 두 손을 펼쳐보세요. 그곳에 엄청난 세균의 세계가 펼쳐져 있습니다. 사람마다 좀 다르겠지만 평균적으로 사람 뱃속에 있는 세균을 다 모아서 뭉쳐보면 대강 주먹 크기의 절반이나 1/3정도 나갑니다. 개수로 세워 보면 몇억 마리 수준은 가볍게 넘죠. 다행스럽게도 우리 몸에서 함께 사는 세균은 해를 끼치지 않고 오히려 도움을 주는 경우가 많습니다. 물론 아무 상관 없이 그냥 살기 좋아서 눌러사는 세균도 있습니다.
대표적인 유익균은 유산균으로 천만 마리가 한꺼번에 들어와도 아무 탈이 나지 않지만 살모넬라균이나 황색포도상구균 같은 식중독을 일으키는 세균이 들어오면 우리 몸이 즉각 이들을 죽이는 면역체계를 가동하게 됩니다.
우리 몸 밖에도 온통 세균 천지입니다. 한마디로 세상 모든 곳에 세균이 있다고 보면 됩니다. 우리가 만지는 일상용품부터 음식과 빗물, 심지어 하늘을 날아다니는 미세먼지에도 세균이 붙어있습니다. 땅에 있는 흙을 한 숟갈 뜨면 그 안에 세균이 최소 100억 마리 이상이 있다고 생각하면 됩니다.
Q. 세균의 존재감은 몸이 아플 때 많이 느끼는 것 같아요?
세균은 우리에게 보이지 않는 구석구석에서 존재감을 보여주고 있습니다. 예를 들어 해가 뉘엿뉘엿 지기 시작할 때쯤 비가 조금씩 내리는 장면을 상상해 봅시다.
비가 오면 흙이 젖으면서 독특한 냄새가 나는데 그 냄새는 지오스민(Geosmin)이라는 물질의 냄새입니다. 이 물질은 흙 속에 널리 퍼져 사는 스트렙토미세스(Streptomyces) 속 등의 세균들이 만들어내는 것입니다.
그때 사람들이 냄새를 맡게 되는데 아주 작은 양임에도 불구하고 사람의 후각이 지오스민 물질을 감지하는 데 유독 발달됐기 때문에 맡을 수 있습니다.
어떤 학자들은 아프리카에 살던 우리의 먼 조상들이 물을 귀하게 여겨서 비를 간절히 기다렸기 때문에 우리가 그 냄새를 유독 잘 맡을 수 있도록 진화한 것이라고 이야기하기도 합니다. 혹독한 아프리카 땅에서 생존하기 위한 인류만의 필살기인 셈입니다.
비가 올 때마다 세상에 가득한 작은 생명들이 우리에게 비가 온다고, 너희 사람들에게 소중한 물이 하늘에서 내려오고 있다고 알려주는 것만 같습니다.
Q. 세균은 언제 생겨났나요?
고려시대, 신라시대만 해도 무척 옛날이니 풍경이 지금과 다를 겁니다. 고속도로도 없고 고층 건물도 없겠지만 자연 환경은 지금과 비슷할 것으로 짐작할 수 있습니다. 하지만 수십억 년 전은 전혀 다른 상황이겠죠. 그런 세상에도 생명은 곳곳에 퍼져있었을 것입니다.
당시의 생명체는 대체로 아주아주 작은 크기였습니다. 그중에서도 가장 널리 퍼져있었고 꿋꿋이 자리잡고 있었던 것이 바로 세균입니다.
우리가 흔히 세균이라고 부르는 생물은 보통 박테리아 부류의 생물을 말합니다. 생물이라고 부르는 것들 중에서 가장 작고, 가장 단순한 축에 속하는 것들입니다.
2017년 캐나다의 누부악잇턱에서 돌 속에 남아있는 세균의 미세한 흔적을 발견했다는 연구 결과가 나왔는데 이 연구에 따르면 세균은 38억 년 전에도 지구에 살고 있었다고 합니다. 연대는 최대 43억 년까지도 올라갈 가능성이 높습니다.
Q. 그렇다면 세균이 인류의 조상일까요?
세균이 지구에 인류의 조상이 등장하게 만든 일등 공신인 것은 확실합니다. 우리가 숨을 쉴 때 산소를 들이마신다고 생각하는데 사실 공기 중에 산소는 약 20% 정도만 있고 나머지 80%는 대부분 질소입니다. 20%의 산소 덕분에 우리가 살 수 있는 거죠.
그런데 지구가 처음 생겼을 때부터 산소가 있었을까요. 태양계 행성들을 보면 수성이나 화성, 목성, 토성까지 산소 기체가 없습니다. 오직 지구에만 산소 기체가 이렇게 많이 있는 겁니다. 그렇다고 46억 년 전에 지구가 생길 때부터 산소가 있었던 건 아닙니다.
지구도 처음 생겼을 때는 이산화탄소 덩어리였는데 남세균이라고 불리는 시아노박테리아 덕분에 산소가 감도는 푸른 별이 될 수 있었습니다. 남세균은 광합성을 일으킬 줄 아는 세균이었는데 수십억 년 전 지구 바다에 쫙 퍼진 겁니다.
남세균이 열일을 한 덕분에 지구 대기에 산소 기체가 풍부해졌고 산소를 호흡하면서 살 수 있는 동물들과 인류가 탄생할 수 있는 조건을 만든 것입니다.
Q. 세균이 오랫동안 살아남을 수 있었던 이유가 있을까요?
세균을 대표하는 특징 중에 하나가 은거 기술입니다. 세균은 곧 죽을 것처럼 상황이 안 좋아지면 아무것도 하지 않습니다. 이렇게 말하면 아무 대책 없이 자포자기하는 것 같지만 아무것도 하지 않는 것도 어떤 경지에 이를 정도로 해낼 수 있다면 놀라운 묘수가 됩니다.
사람이 아무것도 하지 않고 버틸 수 있는 시간은 길어봐야 열몇 시간에서 수십 시간 정도입니다. 그런데 세균은 그보다 훨씬 더 오랜 시간을 버틸 수 있습니다. 몇몇 종류는 아예 아무것도 하지 않고 가만히 있기 위해 모습을 바꾸기도 합니다.
대표적인 방식은 꽁꽁 감싼 모양으로 변신하는 것입니다. 세균이 그렇게 변신하면 모습이 버섯 따위의 씨앗 역할을 하는 포자와 비슷하기 때문에 보통 그것을 내생포자라고 부릅니다.
내생포자로 변신한 세균들은 먹지도 마시지도 자라지도 않고 긴긴 시간을 버틸 수 있습니다. 그렇게 버티면서 오랜 시간을 가만히 있다가 다시 살 만한 시기가 오면 그때 다시 원래의 모습으로 돌아가 활동을 시작합니다. 심지어 숨어서 힘을 키우는 은둔 고수처럼 내생포자 상태일 때 더 튼튼하고 강해집니다. 사람도 위기에 처했을 때 세균처럼 내생포자 기술을 쓸 수 있다면 얼마나 좋을까 부러운 생각이 들기도 합니다.
Q. 날이 더워지면서 식중독이 걱정되는데 세균이 주범인 거죠?
식중독은 포도상구균 가운데 황색 황색포도상구균에 의해 감염되는 질환입니다. 황색포도상구균이 음식에 들어가서 음식에서 새끼를 치고 번성할 때 그 속에서 사람이 먹으면 배탈이 나는 물질을 뿜고 다닙니다.
포도상구균의 특성상 황색포도상구균도 사람 피부에 보금자리를 두고 살아가는데 체온에 가까운 온도에서 잘 사는 특징이 있습니다. 따뜻한 곳에 음식을 두면 흔하게 퍼져있는 황색포도상구균 중 일부가 우연한 기회로 음식에 조금 들어갈 수 있고, 그렇게 되어 세균들이 불어나면 독성 물질이 마구 생겨나면서 음식이 상합니다.
이런 점은 식중독 세균의 황제라고 할 수 있는 살모넬라와도 비슷합니다. 살모넬라 속으로 분류되는 세균의 종은 다양합니다. 이들은 본래 닭과 같은 동물의 뱃속에서 살아가는데 어쩌다가 닭고기나 달걀에 묻어서 나오면 식중독의 원인이 될 수 있습니다.
Q. 식중독만 생각하면 음식과 세균은 상극인 것 같아요?
세균 중에 음식과 관련해서 완전히 다른 역할을 하는 경우가 많습니다. 류코노스톡(Leuconostoc)속으로 분류되는 세균은 음식을 상하게 만드는 것으로 포장 음식을 빵빵하게 부풀어 오르게 하는 기체를 뿜어냅니다. 그런데 이 세균들이 바꿔놓은 음식을 수백년 전부터 즐겨온 사람들이 있습니다. 바로 한국인입니다.
김치를 익힐 때 김치 속에서 자라는 세균 중에 대표적인 것이 류코노스톡입니다. 김치를 담가서 김장독에 넣어 묻혀두면 추운 날씨 속에서도 살아남는 류코노스톡이 김치를 갉아먹고 여러 다른 물질들을 내뿜는데 그 물질들이 김치의 독특한 맛을 내는 데 도움을 줍니다. 김치의 발효과정에 유산균도 한 몫을 합니다. 유산균은 젖산균이라고도 하는데 말 그대로 젖산(lactic acid)이라는 시큼한 맛이 나는 물질을 만들어내는 세균입니다. 김치를 담글 때 넣는 풀이 유산균의 먹이가 되어줍니다.
Q. 코로나19 바이러스 때문에 힘들었는데 세균이랑 바이러스는 다른가요?
코로나19는 바이러스이고 세균은 박테리아입니다. 사람에게 병을 옮기는 원인이 되니까 바이러스와 박테리아가 비슷하다고 생각할 수 있는데 완전히 다릅니다.
과학적인 접근은 아니지만 생물학자들 사이에서 세균은 모두 생명체로 바라보고 있습니다. 실제 연구를 하다보면 세균의 습성은 감정이입이 되는 게 많습니다. 하지만 바이러스는 생명체라고 보기에는 너무 단순한 구조이고 세포로 구성되어 있지 않습니다. 생긴 모습과 크기도 다릅니다.
세포는 동그랗거나 길쭉한 모양인데 코로나19 바이러스를 보면 이상하게 길쭉한 걸 알 수 있습니다. 또한 세균 중에 제일 큰 것은 시력이 좋은 사람이 봤을 때 조그만 점처럼 보이는 것도 있지만 바이러스는 절대 다수가 정말 작습니다.
특수 주사전자현미경(scanning electron microscope)같은 특수장비를 이용해야만 관찰할 수 있습니다. 세균이 사람 크기라고 했을 때 대부분의 바이러스는 사람에게 자꾸 들러붙는 벌레 정도의 크기입니다.
Q. 바이러스가 세균보다 강한 건가요?
바이러스 끈끈이 덩어리는 다른 생명체에 달라붙으면 바이러스가 지닌 DNA가 그 생명체에게로 흘러 들어갑니다. 바이러스의 DNA가 생물 속으로 들어오면 생물은 바이러스 DNA가 자기 몸에 원래부터 있던 DNA인 줄 알고 엉뚱한 효소를 만들고 바이러스의 DNA를 똑같이 만들어내기도 합니다.
세균을 착각하게 만들어 자기 대신 바이러스를 키우게 만들어 퍼트리는 겁니다. 세균 입장에서 당하고 있을 수만은 없겠죠. 우리의 생각보다 세균은 훨씬 똑똑합니다. 박테리오파지가 세균의 몸속에 들어와서 한 번 고생하고 나면 해당 박테리오파지의 DNA를 잘라서 갖고 있다가 나중에 똑같은 DNA를 가진 것이 또 들어오면 두 번 속지 않습니다.
마치 사람이 소매치기를 당할 뻔했을 때 소매치기 얼굴을 기억하고 있다가 다음에 그 사람을 다시 만났을 때 얼굴을 알아보고 다시는 걸려들지 않는 상황과 비슷합니다. 세균이 특정 DNA를 잘라서 보관하는 재주를 활용해 개발한 기술이 ‘크리스퍼 유전자 가위’로 길고 복잡한 DNA구조 중에서 필요한 부분만 싹둑 잘라 낼 수 있는 유용한 기술이 탄생했습니다.
Q. 세균에 대한 인식 변화가 필요해 보이네요?
제가 사람들에게 세균 이야기를 하는 이유는 세균에 관한 심오한 지식을 전달하기보다는 세균에 대해 관심을 갖게 하고 싶었기 때문입니다. 그래서 사람들이 세균, 미생물, 생화학에 대해 더 많은 관심을 갖고 더 깊은 호기심을 갖게 되어 더 많은 세균 이야기들을 찾아 나서게 하고 싶습니다.
계속 세상이 변하고 발전함에 따라 우리가 모르는 사이에 생명에게 영향을 미치는 새로운 것이 자꾸 나타날지도 모릅니다. 그때 곳곳에 설치해 놓은 자동 세균 조사 장치가 있다면 살아있는 생명체인 세균에게 영향을 미치는 것이 있는지 살펴보고 무엇이 원인인지 차근차근 조사해 나가면 됩니다.
우리가 땅과 바다와 하늘의 세균을 널리 살펴본다면 세균의 역할은 다시 바뀔 것이라고 생각합니다. 세상 어느 곳에나 퍼져있는 이 작은 생물들은 아무도 없는 적막한 숲속이나 잔잔한 바닷물 위에서도 우리보다 먼저 세상의 변화를 느낄 것입니다.
세균이 그들의 변화를 우리에게 알려주는 파수꾼이 될 것입니다.
◇곽재식
작가이자 숭실사이버대학교 환경안전공학과 교수. KAIST에서 원자력 및 양자 공학 학사 학위와 화학 석사 학위를, 연세대학교에서 공학박사 학위를 받았다.
2006년 단편소설 <토끼의 아리아>가 MBC <베스트극장>에서 영상화된 이후 <지상 최대의 내기>, <신라 공주 해적전>, <가장 무서운 이야기 사건>, <빵 좋아하는 악당들의 행성> 등 다수의 소설을 펴냈다. 인문과학 교양서로 <곽재식의 세균박람회>, <지구는 괜찮아, 우리가 문제지>, <곽재식의 유령 잡는 화학자>, <휴가 갈 땐 주기율표>, <그래서 우리는 달에 간다> 외 여러 권을 집필했고, 글 쓰는 이들을 위한 <항상 앞부분만 쓰다가 그만두는 당신을 위한 어떻게든 글쓰기>, <삶에 지칠 때 작가가 버티는 법>, 최근작으로는 <판다 정신>, <슈퍼 스페이스 실록>, <미래 법칙>이 있다.
한편 EBS <인물사담회>, KBS라디오 <주말 생방송 정보쇼>, SBS라디오 <김영철의 파워FM> 등 대중매체에서도 과학 지식으로 사회 현상을 해석하는 패널로 활동하고 있다.
/정지효 기자 1018hyohyo@gmail.com
#광주 #전남 #곽재식 #환경안전공학교수 #세균박람회 #세균 #이토록유익한인터뷰 #인터뷰
