What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
여러분의 세포는 어떤 형태일까요? 물렁물렁한 실린더 모양? 삐쭉삐쭉한 지그재그 모양? 여러분은 우리 몸의 구성요소에 대해 그리 깊이 생각해보지는 않았겠지만, 미시적 관점에서, 몸의 작은 변화는 엄청난 결과를 초래할 수 있습니다. 변화에 적응하려고 세포 형태를 변화시키면 다른 세포가 합병증을 유발하여 몸이 쇠약해질 수 있습니다. 이는 겸상 적혈구병에 관한 이야기입니다.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows.
겸상 적혈구병은 폐에서 모든 조직으로 산소를 운반하는 적혈구와 관련이 있습니다. 이 중요한 일을 하기 위해서 적혈구에 있는 단백질인 헤모글로빈이 산소 분자를 운반합니다. 도넛 모양의 유연성이 좋은 적혈구 내에서 헤모글로빈은 독립적으로 돌아다니죠. 적혈구는 가장 미세한 혈관까지 수용할 수 있을 만큼 유연합니다. 하지만 겸상 적혈구병에 걸리면 하나의 유전적 돌연변이가 헤모글로빈 구조를 바꾸어 놓습니다. 조직으로 산소를 방출한 후 이 변형된 헤모글로빈은 서로 뭉쳐서 단단한 막대 모양의 열을 만듭니다.
Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
헤모글로빈 막대는 길고 끝이 뾰족한 낫 모양으로 적혈구를 변형시킵니다. 이 적혈구는 단단하고 끈적거리는 특징이 있어 원활하게 혈관을 지나가지 못합니다. 겸상 적혈구가 찢기거나 쌓이면 때론 혈관을 완전히 막아버리기도 합니다. 이 많은 적혈구는 산소가 이동하는 것을 막아 겸상 적혈구병 환자들이 일으킬 수 있는 광범위한 증상을 야기시킵니다.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
발병한 지 일 년 미만의 환자들은 산소 결핍 조직으로 인해 찌르는 듯한 아픔과 같은 반복적인 증상을 앓게 됩니다. 막힌 혈관의 위치를 알아내면 앓고 있는 특정 증상의 원인을 밝혀낼 수 있습니다. 면역 제계의 일부인 비장이 막히면 환자들은 감염위험에 노출됩니다. 폐가 막히면 열이 나고 숨쉬기가 힘들어집니다. 눈 주위가 막히면 시력에 문제가 생겨 망막박리를 일으킵니다. 또한 뇌혈관이 막히면 뇌졸중을 일으키기도 합니다.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
설상가상으로 겸상 적혈구의 수명은 매우 짧습니다. 정상 적혈구는 수명이 4개월인데 비해 겸상 적혈구는 단 10~20일입니다. 겸상 적혈구 수명이 짧기 때문에 환자는 적혈구가 끊임없이 부족합니다. 이러한 질환을 겸상 적혈구 빈혈이라고 합니다.
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
아마 여러분은 악성돌연변이인 겸상 적혈구가 원래는 적응을 하기 위해 생겨났다는 사실에 매우 놀랄 것입니다. 연구자들은 열대성 질환인 말라리아로 역사적으로 황폐화된 지역에서 돌연변이인 겸상 적혈구의 기원을 찾을 수 있었습니다. 각 지역의 모기가 기생충을 퍼트리는 매개체 역할을 했고 혈류를 통해 빠르고 치명적으로 말라리아를 퍼트리기 위해 적혈구가 인큐베이터로 사용되었습니다.
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
그러나 적혈구를 장애물로 만든 동일한 구조적 변화 또한 말라리아에 대한 내성을 더욱 강화시켰습니다. 아이가 부모님 중 누군가로부터 돌연변이 유전자를 물려받았다면 비정상적인 헤모글로빈으로 인해서 말라리아 기생충의 생존을 어렵게 만들 수 있습니다. 반면 대다수의 적혈구는 정상적인 형태와 기능을 보유합니다. 말라리아 기생충이 만연한 지역에서 돌연변이인 겸상 적혈구는 진화상 큰 이점이 있었습니다. 하지만 적응할수록 두 부모님으로부터 겸상 적혈구를 물려받으면 겸상 적혈구 빈혈에 걸린다는 사실이 밝혀졌습니다.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy.
오늘날 겸상적혈구병에 걸린 대다수의 사람들은 말라리아가 만연한 나라에서 왔다는 걸 알 수 있습니다. 전 세계 말라리아 감염의 90% 이상이 발생한 아프리카에서 이 돌연변이인 겸상 적혈구는 여전히 중요한 역할을 합니다. 다행히 이 병에 대해 "적응"할수록 그에 따른 치료법은 발전하고 있습니다. 수년간 수산화요소는 유일한 치료제로 평균수명을 늘리고 통증을 무디게 해서 겸상 적혈구화 되는 수치를 감소시켰습니다.
Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
골수이식은 치료방법은 제시해주지만 과정이 복잡하고 종종 사용하기가 어렵습니다. 하지만 헤모글로빈에 산소를 결합시켜 겸상 적혈구화를 막고 적혈구의 점착성을 줄이는 것과 같은 새로운 방식을 이용해 신약개발이 이루어질 가능성이 있습니다. 또한 DNA 편집 능력은 줄기세포가 정상적인 헤모글로빈을 만들 가능성을 높여주었습니다. 말라리아와 겸상 적혈구병이 만연한 지역에서 이러한 방법이 상용화되면 부작용을 앓는 더 많은 환자들의 삶의 질이 향상될 수 있습니다.
공무원 두문자 암기
✽ 책 구매 없이 PDF 제공 가능
✽ adipoman@gmail.com 문의