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현대에 흔한 질병인 당뇨병은 누구나 알고 있습니다. 시대적인 변천에 따른 당뇨병과 인슐린의 관계는 어떻게 변화되어 왔는지와 인슐린이 발견된 당시의 상황과 당뇨병치료로 사용되는 인슐린의 제조와 활용에 대해서 자세히 알아보겠습니다.
당뇨병과 인슐린의 시대적인 변화
당뇨병 시대의 변천에 따라 병의 종류도 변하고 있어서 옛날에 흔하던 병이 지금은 자취를 감추있는가 하면 없던 병이 새로 출현하기도 한다. 성인병의 하나인 당뇨병은 오랜 옛날에도 있었던 병임을 역사적 기 록을 통해서 알 수 있다. 즉, 이집트의 묘에서 발견된 파피루스에는 당뇨병에 관한 기록이 있다는데 이 책은 BC 1500년경에 쓰인 것으로 가장 오래된 기록으로 되어 있다. 고대 그리스의 의성 히포 크라테스도 이 병을 알고 있었으며 아라비아의 명의 아비센나 도 이 병에 대해 언급한 바 있다. 이렇게 고대로부터 있었던 병이긴 하지만 오늘날에 와서 생활수준이 높아줌마에 따라 그 발생 빈도수가 증가 추세에 있는 것으로 나타나고 있다. 그래서 당뇨병은 일종의 문명병이라는 말까지 있다. 생활수준 이 높은 선진국에서 이 병의 발생률이 높기 때문이다. 당뇨병의 증상은 당뇨병의 학명인 ‘Diabetes mellitus’에서 알 수 있듯이 오줌이 사탕처럼 달고 오줌의 배설량이 많은 것이 특징이다. ‘Diabetes’는 사이펀, ‘mellitus’는 달다는 뜻이다. 오줌의 단 원인은 오줌 속에 포도당이 포함되어 있기 때문이다. 또한 오줌 배설량이 많은 관계로 갈증을 느끼기 때문에 옛날 우리 선 조들은 이 병을 소갈증이라 했다. 당뇨병은 일종의 대사질환으로 당대사를 조절하는 인슐린 이 췌장에서 분비 이상이 생기면 이 병이 발생하게 된다. 또한 혈액 속에도 포도당의 함량이 많게 되는데 불충분한 인슐린의 작용으로 말미암아 혈액 중의 포도당이 근 세포 속으로 들어가는 속도 가 늦어져서 혈당이 높아지기 때문이다. 앞에서도 당뇨병은 생활수준과 관련이 있다고 했지만, 생활수준이 높아지면 지자체의 음식물을 섭취하는 경향이 있게 되고 그렇게 되면 인슐린의 소비가 증가하게 된다. 따라서 영양의 공급은 인슐린 생산을 담당하고 있는 췌장의 랑게르한스 섬에 지속적인 부담을 줌으로써 결 국 병을 일으키게 된다고 보아진다. 당뇨병은 음식물의 과잉섭취만이 원인이 되는 것은 아니고 스트레 스와 운동 부족도 주요한 원인이 되며, 여러 가지 조사 통계에 의하면 유전적 소질과도 밀접한 관계가 있는 것으로 생각되고 있다.
인슐린의 발견
당뇨병의 원인이 췌장의 인슐린 분비 이상이라는 것을 처음 발견한 사람은 캐나다의 반팅과 베스트이다. 의학사상 위대 한 발견이 맞지만 인슐린의 발견이야말로 획기적인 것이라고 하지 않을 수 없다. 이들 두 사람은 1921년 최초로 동물의 췌장에서 유효성분을 추출하 여 당뇨병에 걸린 개와 사람을 치료해 본임으로써 인슐린 부족이 당뇨 병의 원인임을 입증했던 것이다. 물론 인슐린 발견의 공은 이들에게 돌아갔지만 여타의 발견이 가능하게 되기까지는 많은 과학자들의 연 구가 선행되었다는 것은 물론이다. 반팅과 베스트가 추출한 약을 최초로 투여받은 환자는 14세의 틸슨이라는 소년이었다고 기록되어 있다. 그는 혈당치가 500밀리그램이 넘었고, 1일 오 배설량은 3~5리터였다고 하며 당시 인슐린이 없었던 들 불과 수개월 이내에 사망할 수밖에 없었던 운명의 소년이 있었다. 이 절망적인 어린이에게 인슐린을 주사하자 기적과 같이 혈당치는 낮아지고 당뇨가 감소되면서 환자의 상태는 급전직으로 좋아졌던 것이다. 인슐린의 이러한 치료 효과는 당시 의학계를 흥분의 도가니로 몰아넣 기에 충분했다. 인슐린의 발견으로 말미암아 수천 년 동안이나 속수무책이었던 대사 질환의 하나인 당뇨병의 치료가 가능하게 되었던 것이다. 그 후 많은 과학자들의 끊임없이 연구에 힘입어 인슐린의 화학적 성격이 규명되기 시작했는데, 1926년 인슐린 결정 추출에는 성공했고 그 후 인슐린 은 많은 아미노산으로 구성되어 있는 폴리펩타이드의 일종이라는 것 이 밝혀졌다. 1960년에는 인간 인슐린의 구조가 생거에 의해서 확정되었으며, 1966년 카토소아니스는 인공적인 합성에 성공했다. 인슐린 분자는 51개의 아미노산으로 구성되어 있는데, 이들 아미노 산은 두 개의 사슬로 구분되어 있으며, 또한 이 사슬이 디설파 이드 결로(S-S-S) 연결되어 있다. A라고 하는 사슬은 21개의 아 미노산으로 구성되어 있고, B라는 사슬은 30개의 아미노산으로 구성되어 있다. 그런데 구성 아미노산의 종류와 결합 순서는 동물의 종류에 따라 약간씩 다르며, 인간 인슐린과 가장 유사한 구조를 가진 것은 돼지 인슐린이다. 즉 인간 인슐린의 돼지 인슐린과 다른 점은 B사슬의 30번째 아미노산이 스레오닌인 반면에 돼지 인슐린은 알라닌으로 치환되어 있다.
인슐린의 제조와 활용
지금까지 당뇨병 치료에 이용되어 왔던 인슐린은 인간 인슐린이 아 니라 돼지나 소의 췌장에서 추출하여 제조한 동물성 인슐린이었다. 그이유는 인간 인슐린을 대량으로 제조한다는 것이 실제적으로는 불가능하므로 수요를 공급할 수 없었기 때문이다. 물론, 소나 돼지의 인슐린 이 화학구조적으로 인간 인슐린과 거의 비슷할 뿐만 아니라 인체에 동일한 생리작용을 나타내기 때문이다. 그런데 수년 전부터 인간 인슐 린 자체가 제조되기 시작하였는데, 인간 인슐린은 화학구조가 완전히 동일되는 인슐린과 앞서 말한 동질의 인슐린이다. 그러면 인간 인슐린은 어떻게 제조된 것일까? 지금 현재 인간 인슐린의 가능한 제조 방법은 4가지로 생각할 수 있다. 첫째, 사망한 사람의 췌장에서 추출하는 방법. 둘째, 돼지 인슐린의 B사슬의 30번째 아미노산인 알라닌을 효소적 방법과 화학적 방법을 이용하여 쓰레오닌으로 치환하는 방법. 셋째, 유전공학적인 기술을 이용하여 생합성하는 방법 등이다. 그런데 첫째 방법은 수득률이 극히 나빠서 실용적인 제조 방법이 될 수 없고, 둘째 방법은 인간 췌장을 대량으로 공급한다는 것은 애내 지 금이야 불가능한 것으로 자명한 일이다. 현재로서 가능한 방법은 셋째와 넷째 방법인데 이 방법으로 순수한 인간 인슐린을 정제성 있게 제조할 수 있다. 즉, 네 번째의 합성적 방법이 유리한 이유는 돼지 인슐린의 제조에 대해서는 오랫동안의 경험을 통해서 거의 완벽한 제조 방법이 개발된 어 있기 때문이다. 네 번째 유전공학적인 생합성 방법에 한해 제조 방법은 실제적으로 두 가지가 있다. 첫째는 근래 각광을 받고 있는 유전공학 기술을 이용하여 대장균(E. coli)의 플라스미드(plasmid)에 총 유전인자(genome)를 접합시켜 배 양함으로써 인간 인슐린의 A사슬과 B사슬을 각각 생성하게 하고 이 두 펩타이드를 분리 정제한 후 화학적인 방법으로 디설파이드 (-S-S-) 다리로 연결시킴으로써 인간 인슐린을 제조하는 것이다. 이렇게 제조된 인슐린을 제조합 인간 인슐린(recombined hu- man insulin)이라 한다. 또 한 가지 방법은 유전공학 기술의 개량형을 이용한 것으로 대장균의 플라스미드에 총 유전자가 아닌 인슐린 생산과 직접 관련이 있는 유전인자만을 도입함으로써 췌장의 랑게르한스 섬의 B세포와 마찬가 지로 프로인슐(proinsulin)을 생성케 하는 것이다. 프로 인슐린이랄, 인슐린이 되기 전 단계의 불활성 인슐린을 뜻하는 것으로 인체 내에서 분비될 때 프로인슐린 형태로 분비된 후 일부 구조 조(C-peptide)가 떨어져 나감으로써 비로소 활성이 인슐린이 된다. 돼지 인슐린의 경우 C-펩타이드는 33개의 아미노산으로 구성되어 있다. 그래서 유전공학 기술로 제조된 프로 인슐린은 효소적으로 C-펩타이 드를 분리시킴으로써 비로소 활성인 인간 인슐린으로 만드는 제조법 이 높은 생산 효율이 좋기 때문에 현재 많은 제약회사에서 대량 생 산 방법에 힘쓰고 있다. 인간 인슐린은 지금까지 사용해 온 동물 인슐린에 비해서 인체 내에 서 분비된 인슐린과 화학적으로 동질성이 있다는 의미에서 어떤 장점이 기대되고 있다. 지금까지 쥐체 및 췌장에서 실시된 연구에 의하면 생 리작용면이나 약동력 학적 면에서 돼지 인슐린과 아무런 차이가 없는 것으로 보인다. 다만 지금까지 협적 실험에 의하면 인간 인슐린은 소 나 돼지 인슐린 보다 항원성이 적다는 이점이 있지만, 현재로서는 인 간 인슐린이 소나 돼지 인슐린의 가격에 비해서 3분의 1 정도 더 비싸다는 단점이 있다.