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[영틀신반] episode #10 - 더록 (The Rock)
Bio통신원(madpatcher)
Episode #10
“더록(The Rock)” - the fear of the nerve gas
‘소량으로 엄청난 피해를 주는 신경가스’
<출처>https://www.pinterest.ca/pin/645985140274978833/
영화 ‘더록’은 1990년대에 엄청난 흥행을 이룬 영화 중 하나이다. 당시 소재도 신선했고, 헐리우드 블럭버스터 영화답게 액션씬과 스케일은 압도적이였다. 주연 배우들은 숀 코네리와 니콜라스 케이지가 맡았다. 영화의 스토리는 미 해병대의 장교 일부가 전후 사상자의 유가족들에게 충분한 보상을 안 하자 불만을 품고 샌프란시스코의 알카트라즈 감옥을 점거하고 관광객 81명을 인질로 삼는 것으로 시작된다. 만약 유가족들과 자신들에게 보상을 해 주지 않으면 생화학무기 ‘VX’가 탑재된 미사일 15기를 샌프란시스코에 발사하겠다고 협박한다. 이를 막기 위해 미국은 영국의 특수부대원과 FBI 생화학전문가를 투입한다.
이 영화에서 다루는 신경독가스 VX는 영화 개봉 이후 많은 관심을 불러일으켰다. VX는 무엇이며, 실제 존재하며, 무기로써 사용되는가? 정확한 답을 이번 연재해서 언급할 수는 없지만, 신경독에 대한 신경과학적 접근으로 간략하게 살펴보겠다.
‘신경독(neurotoxin)은 무엇인가?’
영화 속 VX는 V계열 신경가스(nerve gas) 중 하나라고 한다. 1952년 영국의 Plant Protextion Laboratories of Imperial Chemical Industries 회사의 Ranajit Ghosh라는 생화학자가 개발하였다. 그 뒤 영국 육군은 포트다운에서 독가스로 연구하다가 미국에게 기술을 넘겨주었다. VX가스는 한 종류만 있는 것이 아닌데, 90년대 발견된 알콕시알킬포스포릴싸이오콜리네가 대중들에게 잘 알려진 VX가스라고 한다.
VX의 화학적 성질을 살펴보면, 높은 점착성과 적은 휘발성을 가진다. 냄새와 맛이 존재하지 않으며 촉감은 자동차 오일과 비슷하다고 한다. 액체 상태로 방출되면 증발하며 증기 형태로 변하는데, 이 상태가 ‘독가스’인 것이다. 위에 언급한 것처럼 높은 점착성 때문에 주변에 물체가 닿으면 붙게 된다. 이를 제거하려면 물과 특수세제로 닦아야 한다. 이와 같은 성질 때문에 VX는 일정 시간 동안 계속 작용하는 치명적인 생화학무기인 셈이다. 대부분의 신경가스는 살충제를 개발하다 발견된 물질들이다. 일부 살충제의 원리가 곤충의 신경을 마비시키는 신경가스이기 때문이다. 독성이 매우 강해 사람마저 죽게하는 신경가스들은 국제적으로 사용이 금지되어왔다.
신경가스의 종류를 간단히 살펴보면, 널리 알려진 G계열 가스에는 GA 타분, GB 사린, GD 소만, GF 시클로 사린이 있다. 모두 2차세계대전 당시 독일의 과학자 Gerhard Schrader가 살충제를 연구하다 발견되었다. 이중 GB 사린은 1995년 도쿄지하철에서 옴진린교의 한 추종자가 살포한 사건으로 유명하다. 다른 신경가스와 달리 사린이 자주 테러집단에게 사용되는 이유가 있는데, 사린은 쉽게 구할 수 있는 물질을 이용하여 간단히 제조 할 수 있는 인산에스터이기 때문이다.
그럼 신경가스의 작용반응을 알아보자. 신경전달물질 중 하나인 ‘아세틸콜린’은 신경의 축색 말단에서 전기적 신호를 전달하는 데 사용된다. 축색 말단에 이 아에틸콜린 vehicle이 신경신호를 받고 방출된다. 시냅스 간극에서 아세틸콜린의 분비가 일어난다. 분비된 아세틸콜린들은 매우 얇은 시냅스 간극을 건너 다음 신경 또는 근육세포에 나트륨과 함께 아세틸콜린 수용체에서 결합하여 전기 자극을 일으키는 것이 ‘신경전달’의 간략한 원리이다. 이 반응이 끝난 뒤 아세틸콜린은 신경세포에 다시 흡수되거나 acetylcholinesterase 라는 효소에 의해 분해된다. 이렇게 분해된 콜린은 다시 신경세포로 돌아와 choline acetyl transferase 라는 효소에 의해 아세트화되어 다시 아세틸콜린이 되는 것이다.
생물체의 구멍 또는 피부, 그리고 호흡을 통해 흡수된 신경가스들은 분해되어 이런 주기를 방해한다. 그 대상은 acetylcholinesterase 이며, 신경세포 사이 시냅스에 흡착되어 효소의 활동을 방해하여 아세틸콜린의 분해를 방해한다. 따라서 아세틸콜린이 체내에 축적된다. 아세틸콜린은 부교감신경계에서 쓰이는 물질로 근육에 다양한 명령을 전달하는데, 체 내에 축적된 아세틸콜린 때문에 육체 안 근육들이 아세틸콜린의 과부화로 폭주하게 된다. 초기에는 두통, 구토와 설사, 피로와 근육경련, 호흡곤란, 동공축소, 안구통증으로 시작하지만 시간이 지나면 근력이 약화되고 혈압과 심장박동 감소, 타액의 분비가 일어난다. 가면 갈 수록 쌓이는 아세틸콜린 때문에 마지막에는 근육의 수축경련이 더 심해지다 마비에 이르고 결국은 호흡근육과 심장근육의 마비, 즉 순환계마비로 의식불명에 이르다 죽게 된다(그림1).
그림1. 신경가스(사린)의 작용기전. 아세틸콜린의 분해효소에 방해작용을 하는 사린. 아세틸콜린의 분해를 억제하여, 호흡기 근육의 비정상 활성을 일으킨다.
‘Neurotoxicology’
신경계에 공격적인 반응을 일으키는 자연에 존재하는 또는 인위적으로 합성된 화합물을 다루는 학문인 Neurotoxicology 는 이러한 신경가스를 비롯하여 다양한 신경독성물질에 대한 연구를 하며, 논문으로 연구결과를 보고하고있다. 다양한 연구보고 중에 흥미로운 결과가 하나있는데, 바로 “개체가 어릴수록 어른에 비해 대부분의 신경독성물질에 더 취약하다.”는 것이다. 발달 중인 신경계는 이미 발달된 상태에 비해 매우 낮은 농도의 독성물질에 대해서 취약하다. 즉, 발달 중인 신경계가 더 영향받기 쉽다. 원인 중에 하나는 뇌-혈관 장벽의 형성이 매우 느리게 발달되기 때문이다. 또한 노령의 경우도 취약한데, 간과 신장 기능의 부분적 저하와 노화에 의한 신경세포 수의 감소가 원인으로 꼽힌다.
‘신경가스 중독의 해독’
다시 영화 ‘더록’의 VX 신경가스 이야기로 돌아와서, 이러한 신경가스 중독을 해결하기 위해서는 어떤 물질을 사용해야 하나? 아트로핀과 염화비독심(옥심-Oxime)이 사용된다. 아트로핀은 가짓과 식물에서 추출한 알칼로이드 독성물질로 신경가스의 작용과 반대작용을 한다. 즉, 부교감신경을 억제하고 교감신경을 흥분시키는 독성물질을 사용하여 근육을 이완시켜 경련을 완화하고 혈압과 심장박동 상승 등의 작용을 유도한다. 하지만, 독으로 독을 막는 이 방법은 신경가스에 중독된지 5분 안에 행해져야 하고, 염화비독심 투여를 위해 시간을 벌기 위한 것으로 완전히 치료가 되는 것은 아니다. 따라서, 신경가스를 완전히 해독하기 위해서는 염화비독심을 투여하는데, 그 기전은 효소들과 안정적 결합을 하고 있는 신경가스 산물을 떼어내는 것이다(그림2).
그림2. 옥심 (Oxime). Alodoxime과 Ketoxime은 Oxime의 종류.
옥심의 신경가스 해독 기전은 그림3과 같다. 신경가스 중독물질에 결합하여 그 기능을 억제 및 방해함으로써 아세틸콜린 수용체의 정상적 기능을 유도한다.
그림3. 신경가스(Sarin)의 해독기전. Normal action(일반상태)에서는 ACh(아세틸콜린)의 분비와 역할 후 분해가 정상적인 과정을 거침. Organophosphate Poisoning(신경가스 중독상태)에서는 OP분자가 ACh의 분해를 방해하고, 시냅 후 뉴런의 비정상적인 활성을 유도. Oxime Antidote(신경가스 중독의 해독상태)에서는 Oxime이 OP에 결함하여 OP의 기능을 억제 및 방해를 하여 시냅스 후 뉴런의 정상적 활성을 도움.
과학의 발전과 함께, 공익의 목적으로 개발되기 시작했던 Neurotoxin은 그 목적의 변형으로 인류에게 위협이 되는 무기로 발전되어왔다. 물론, 현재 많은 국가에서 생화학무기의 근절과 폐기를 약속하고 이행 중이지만, 아직도 몇몇 국가에서는 생화학무기를 보유 중이며, 위협적인 자세를 취하고 있다. 이전에 다뤄왔던 주제와는 사뭇 느낌이 다르고, 어찌 보면 과학의 어두운 면이라 볼 수도 있다. 하지만, 이 또한 과학의 일부분으로 그 개념와 원리를 알아가는 재미를 이번 연재에서 단편적으로나마 보여주고자 했다.
출처:
https://www.businessinsider.com/sarin-gas-weapon-effects-human-body-2017-4
https://en.wikipedia.org/wiki/Oxime
https://heavy.com/news/2018/08/nerve-agent-antidote/
Harris, J. B., & Blain, P. G. (2004). Neurotoxicology: what the neurologist needs to know. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 75(suppl 3), iii29-iii34.
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다.
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"안녕하세요. [영틀신반]을 연재 중인 박성모입니다. 저는 현재 캐나다 토론토 Sickkids hospital 소속 연구센터의 Neuroscience Mental Health Program 소속인 Dr. Sheena Josselyn lab의 Research Associate 3년 차입니다. 제 연구의 주된 관심사는 learning & memory입니다. 연구를 하면서 재미있는 논문들을 자주 접하게 됩니다. 또한 관련 기술이나 개념을 영화의 소재로 사용한 부분들이 자주 눈에 띄어서 이렇게 연재를 통해 알기 쉽게, 유익하게 풀어가고자 합니다. 제가 앞으로 다룰 영화는 이미 많이 알려진 영화들과 Netflix에서 실험적으로 만들어진 영화들이 대상입니다. 다소 중국집 이름 느낌이 나는 저의 연재를 재미있게 함께 읽어 주시면 감사드리겠습니다."
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