8강 / 20강

배중심 — 몸 안에서 진화가 일어나는 유일한 자리

변이 · 선택 · 증식이 한 방 안에서 며칠 만에 돈다

여기가 이 강의의 중심입니다. 다른 어떤 세포도 하지 않는 일을 B세포가 합니다.

몸 안에서 · 며칠 만에 · 다윈식 진화가 돈다

진화에는 세 가지가 필요합니다 — 변이, 선택, 증식. 보통은 세대를 거쳐 수천 년이 걸립니다. 배중심은 이 셋을 한 방에 모아 일주일 만에 여러 바퀴 돌립니다.

고등학생배중심이라는 작업장

림프절 안에는 배중심(germinal center) 이라는 임시 구조가 생긴다. 감염이 시작되면 만들어지고, 끝나면 사라진다. 여기서 B세포는 아주 이상한 일을 한다 — 자기 유전자를 일부러 망가뜨린다.

왜 일부러 망가뜨리나

대장간 비유가 맞다. 쇠를 달구고, 두들기고, 물에 담근다. 두들기는 것은 쇠를 상하게 하는 일처럼 보이지만 그 과정을 거쳐야 날이 선다. 배중심도 같다. 항체 유전자에 무작위 돌연변이를 넣고, 그중 더 잘 붙게 된 것만 골라 남긴다.

비유가 깨지는 곳

대장장이는 어디를 두들길지 안다. 배중심은 모른다. 돌연변이는 완전히 무작위 로 들어간다. 대부분은 항체를 나쁘게 만들고, 그 세포는 죽는다. 설계가 아니라 대량 시행착오 다. 이 차이가 중요하다.

배중심 = 무작위로 망가뜨리고 + 살아남을 자격을 시험하는 곳

배중심의 두 구역

어두운 구역 (dark zone)

변이하고 불어난다

AID 가 항체 유전자에 돌연변이를 찍는다
6~8시간마다 한 번씩 분열한다
— 몸에서 가장 빠른 분열 축에 든다

여기서는 아무도 심사하지 않는다

밝은 구역 (light zone)

시험받는다

여포 수지상세포가 항원을 붙들고 있다
더 세게 붙는 세포가 항원을 더 많이 뜯어 온다
그것을 Tfh 세포에게 보여 준다

Tfh 의 도움을 못 받으면 죽는다

세포는 두 구역을 여러 번 오갑니다. 변이 → 시험 → 살아남으면 다시 변이 → 다시 시험. 한 바퀴가 6~12시간쯤이고, 반응 하나에 이 바퀴가 수십 번 돕니다.

고등학생명(明)과 암(暗), 두 구역

배중심은 현미경으로 보면 두 구역으로 나뉜다.

구역	하는 일	비유
암대(dark zone)	세포가 미친 듯이 분열하며 돌연변이를 넣는다	초안을 마구 쓰는 방
명대(light zone)	항원에 얼마나 잘 붙는지 시험한다	심사받는 방

세포는 두 방을 여러 번 왕복 한다. 암대에서 변이를 얻고, 명대에서 시험을 보고, 통과하면 다시 암대로 돌아가 또 변이를 얻는다. 한 번의 시험이 아니라 반복되는 시험 이다.

이 왕복이 왜 필요한가

한 번에 좋은 항체가 나올 확률은 낮다. 하지만 조금 나아진 것을 남기고 거기서 또 변이를 주면, 작은 개선이 누적된다. /ml 4강에서 오차를 조금씩 줄여 가는 경사하강법과 논리가 같다. 한 번에 최적점으로 뛰지 않고, 방향만 맞으면 조금씩 간다.

배중심은 한 번의 시험이 아니라 여러 판의 토너먼트다

변이는 <b>평균적으로 손해</b>인데(-0.05) 선택이 붙으면 이득이 됩니다.

Python 브라우저에서 실행

# 배중심 한 바퀴를 모형으로 돌려 본다 (모형입니다 - 측정값이 아닙니다)
import numpy as np

rng = np.random.default_rng(7)
N = 200                     # 세포 수를 이만큼으로 유지한다
친화도 = np.full(N, 1.0)     # 처음에는 다 똑같이 약하다
print(f"{'바퀴':>4}{'중앙값':>9}{'최대':>8}{'최소':>8}")
print(f"{0:>4}{np.median(친화도):>9.2f}{친화도.max():>8.2f}{친화도.min():>8.2f}")
for r in range(1, 9):
    # 어두운 구역 - 변이. 대개 나쁘고 가끔 좋다
    변이 = rng.normal(-0.05, 0.35, N)
    친화도 = np.clip(친화도 + 변이, 0.05, None)
    # 밝은 구역 - 잘 붙는 쪽이 살아남아 두 배로 불어난다
    살아남을수 = N // 2
    산것 = np.sort(친화도)[::-1][:살아남을수]
    친화도 = np.repeat(산것, 2)
    print(f"{r:>4}{np.median(친화도):>9.2f}{친화도.max():>8.2f}{친화도.min():>8.2f}")
print()
print("여덟 바퀴 만에 중앙값이 몇 배가 됩니다.")
print("**이것은 모형입니다.** 실제 자료는 10강에서 봅니다.")

고등학생누가 심사하나 — T세포의 표

명대에서 통과 여부를 결정하는 것은 항원 자체가 아니다. 여포 도움 T세포(Tfh) 다. 이 세포가 주는 생존 신호를 받은 B세포만 산다.

경쟁의 구조

B세포가 항원을 붙잡아 소화해서 조각을 표면에 내건다. 잘 붙는 B세포일수록 항원을 많이 붙잡고, 조각을 많이 내걸고, Tfh 의 눈에 잘 띈다. Tfh 는 수가 적어서 모두를 도울 수 없다. 제한된 도움을 두고 경쟁 하는 구조다.

장학금 심사와 같다. 장학금 자리가 열 개인데 지원자가 백 명이면, 잘한 순서대로가 아니라 남들보다 잘한 순서대로 뽑힌다. 절대 기준이 아니라 상대 기준이다.

여기서 따라오는 결론

항원이 많으면 Tfh 도움도 넉넉해져서 어중간한 세포도 통과한다. 항원이 적어야 경쟁이 치열해지고 좋은 항체가 나온다. 백신을 소량씩 나눠 주는 접종법이 효과가 좋은 이유 중 하나가 이것이다.

항체의 질은 항원의 양이 아니라 경쟁의 세기가 정한다

고등학생배중심이 남기는 두 가지

배중심에서 시험을 통과한 B세포는 두 갈래로 나간다.

	형질세포	기억 B세포
하는 일	항체를 대량 분비	가만히 기다림
수명	짧은 것 ~ 골수에서 수십 년	수십 년
표면 BCR	거의 없음	있음
다시 만나면	이미 항체를 내고 있음	빠르게 깨어나 증식

이 두 갈래가 백신 접종의 두 축 이다. 접종 직후의 항체 수치는 형질세포가 만든다. 그 수치는 몇 달이면 떨어진다. 그런데 몇 년 뒤 재감염 때 빨리 반응하는 것은 기억 B세포다. 항체 수치가 떨어졌다고 면역이 사라진 것이 아니다.

항체 역가는 형질세포의 지금, 기억 B세포는 다음 번을 위한 저축

🤔 확인 문제

배중심에서 선택의 실제 통화는?

🤔 확인 문제

배중심이 림프종이 흔히 생기는 자리인 이유는?