16강 / 20강

기억 — 왜 두 번째가 빠른가

Tcm · Tem · Trm · 백신이 작동하는 원리

감염이 끝나면 불어났던 효과 T세포의 90~95%가 죽습니다. 살아남은 소수가 기억 T세포 가 됩니다.

기억이 두 번째 반응을 빠르게 만드는 이유는 셋입니다.

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더 많다

처음에는 그 항원에 맞는 세포가 몇 개였는데, 이제는 수천 개입니다

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더 빠르다

크로마틴이 열려 있어 효과 유전자를 즉시 켤 수 있습니다

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더 가깝다

일부는 아예 조직에 눌러앉아 있습니다 (Trm)

첫째가 가장 큰 몫을 차지합니다. 4강에서 본 클론 증식이 곧 면역 기억의 물리적 실체예요.

고등학생왜 홍역은 한 번만 걸리나

어렸을 때 수두를 앓았다면, 어른이 되어 다시 걸리는 일은 거의 없습니다. 독감 백신을 맞으면 그해 독감을 덜 앓고요. 왜 그럴까요?

면역 기억 때문입니다

먼저 놀라운 사실 하나

감염이 끝나면 불어났던 효과 T세포의 90~95%가 죽습니다. 힘들게 늘려 놓고 대부분 없애 버려요.

왜 그럴까요? 자리가 없기 때문입니다. 싸울 때마다 늘어난 세포를 다 남겨 두면 몸이 T세포로 가득 차서 새 감염에 쓸 자리가 없어집니다.

그래서 대부분을 정리하고 소수만 남깁니다. 그 살아남은 소수가 기억 T세포 입니다.

기억이 두 번째 반응을 빠르게 하는 이유 셋

	무엇	비유
더 많다	처음엔 그 항원에 맞는 세포가 몇 개, 이제는 수천 개	소방관이 3명에서 3,000명으로
더 빠르다	크로마틴이 열려 있어 효과 유전자를 즉시 켤 수 있다	장비를 미리 꺼내 둔 상태
더 가깝다	일부는 아예 조직에 눌러앉아 있다 (Trm)	소방서가 동네마다 있다

크로마틴이 '열려 있다' 는 게 뭔가요

DNA 는 히스톤 단백질에 감겨 있습니다. 실이 실패에 감긴 것처럼요. 꽉 감겨 있으면 그 부분의 유전자를 읽을 수 없습니다. 느슨하게 풀려 있으면 바로 읽을 수 있고요.

기억 T세포는 싸울 때 쓰는 유전자 자리가 미리 풀려 있습니다. 그래서 항원을 만나면 몇 시간 안에 무기를 켭니다. 처음 만난 세포는 며칠이 걸리는데도요.

이건 후성유전학(epigenetics) 이야기입니다. DNA 서열은 그대로인데 읽히는 방식이 바뀌는 것 — 17강의 소진에서 정반대 방향으로 다시 나옵니다.

무엇을 재느냐가 무엇을 볼 수 있느냐를 정합니다.

Python 브라우저에서 실행

# 기억 T세포 세 종류
종류 = [
    ("Tcm  중심기억", "Sell(CD62L) · Ccr7 높음", "림프절을 돈다",
     "증식력이 크다 - 다시 크게 불어난다"),
    ("Tem  효과기억", "Sell · Ccr7 낮음", "말초 조직과 혈액을 돈다",
     "즉시 효과 기능을 낸다"),
    ("Trm  조직상주", "Cd69 · Itgae(CD103) 높음", "조직에 눌러앉아 안 나온다",
     "가장 먼저 반응한다 - 문 앞의 파수꾼"),
]
for a, b, c, d in 종류:
    print(f"{a}")
    print(f"   표지자 : {b}")
    print(f"   어디에 : {c}")
    print(f"   특기   : {d}")
    print()
print("혈액을 뽑아 재는 검사는 Trm 을 **볼 수 없습니다** - 조직에 있으니까요.")
print("우리 자료가 말초혈액이라는 사실이 여기서 한계가 됩니다.")

고등학생혈액검사가 못 보는 기억이 있습니다

위 코드가 기억 T세포 세 종류를 보여 줬습니다. 이름이 어려우니 어디에 있느냐로 기억하세요.

이름	어디에	특기	비유
Tcm 중심기억	림프절을 돈다	증식력이 크다 — 다시 크게 불어난다	본부의 예비군
Tem 효과기억	혈액과 말초를 돈다	즉시 효과 기능을 낸다	순찰차
Trm 조직상주	조직에 눌러앉아 안 나온다	가장 먼저 반응한다	문 앞의 파수꾼

Trm 이 왜 중요한가

병원체는 대부분 피부 · 코 · 폐 · 장 을 통해 들어옵니다. 혈액이 아니라요. 그러니 그 자리에 미리 지키고 선 세포가 가장 먼저 반응할 수 있습니다.

코로나 백신을 팔에 맞는 것과 코에 뿌리는 것의 차이를 연구하는 이유가 이겁니다 — Trm 을 어디에 만들 것인가 의 문제거든요.

그런데 여기 큰 함정이 있습니다

Trm 은 조직에 있으므로 혈액검사로는 절대 안 보인다

피를 뽑아 재는 검사에서 "기억 T세포가 별로 없다" 는 결과가 나와도, 조직에는 잔뜩 있을 수 있습니다. 피에 안 나오는 세포니까요.

비유 — 도서관에서 책 세기

도서관 대출 기록만 보고 "이 책은 인기가 없다" 고 판단했다고 합시다. 그런데 그 책은 관내 열람 전용이라 애초에 대출이 안 되는 책이었어요. 사람들은 도서관 안에서 계속 읽고 있었는데도요.

무엇을 재느냐가 무엇을 볼 수 있느냐를 정한다

우리 자료가 말초혈액이라는 사실이 여기서 한계가 됩니다. 조직에 있는 것은 처음부터 우리 자료에 들어올 수 없었어요. 3강·5강·7강·10강에서 계속 봤던 안 보이는 것 문제가 또 나온 겁니다.

고등학생백신이 하는 일이 정확히 이겁니다

바로 위 노트가 백신의 원리를 한 문장으로 정리합니다.

백신 = 병을 앓지 않고 기억을 만드는 일

순서로 보면

병원체의 일부(또는 무해하게 만든 것)를 몸에 넣는다
그 항원에 맞는 클론이 불어난다 — 클론 확장
싸움이 끝나면 대부분 죽고 일부가 기억으로 남는다
진짜 병원체가 왔을 때 시작 세포 수가 이미 많다

핵심은 ③번에서 남는 세포 수입니다. 그게 다음 싸움의 출발점이 되거든요.

아래 코드가 그 계산을 합니다 — 지수 성장

활성화된 T세포는 8시간마다 두 배가 된다고 하고, 100만 개가 모이면 병원체를 제어한다고 합시다.

	시작 세포	100만에 도달하는 시간
1차 반응 (처음)	10개	약 6.7일
2차 반응 (기억 있음)	5,000개	약 3.6일

시작이 500배 많으면 도달 시간이 약 3일 짧아진다

왜 500배인데 3일밖에 안 줄지?

좋은 질문입니다. 지수 성장이기 때문이에요. 2배씩 늘어나므로, 500배는 약 9번의 분열에 해당합니다 (2⁹ = 512). 9번 × 8시간 = 72시간 = 3일.

거꾸로 말하면 — 3일만 벌어도 500배를 앞서 간 것과 같습니다.

3일이 그렇게 중요한가

급성 감염에서는 결과를 뒤집는 차이입니다. 병원체도 그동안 늘어나고 있거든요. 누가 먼저 임계점을 넘느냐의 경주예요.

3일 먼저 도달하면 증상이 나기 전에 끝납니다. 그래서 백신을 맞은 사람은 "걸렸는지도 몰랐다" 가 되는 거예요.

지수 성장에서는 시작점이 전부다

그리고 12강에서 A 의 CMV 특이 TCR 99개를 셌던 것 — 그게 바로 수십 년 전 감염이 남긴 시작점입니다.

지수 성장에서는 <b>시작점</b>이 전부입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 1차 반응과 2차 반응 - 시작 세포 수가 정하는 것
import numpy as np

배가시간 = 8.0          # 활성화된 T세포는 8시간마다 두 배
문턱 = 1e6              # 이만큼 모이면 병원체를 제어한다고 하자

print(f"{'':>6}{'시작 세포':>12}{'문턱 도달':>12}")
for 이름, 시작 in [("1차", 10), ("2차", 5000)]:
    시간 = np.log2(문턱 / 시작) * 배가시간
    print(f"{이름:>6}{시작:>12,}{시간/24:>10.1f}일")
print()
print("시작 세포가 500배 많으면 도달 시간이 약 3일 짧아집니다.")
print("급성 감염에서 3일은 **결과를 뒤집는** 차이예요.")
print()
print("(배가시간과 문턱은 논리를 보이기 위한 모형값입니다 - 측정값이 아닙니다.)")

고등학생이 장 전체가 개념이라는 것을 인정합니다

바로 위 노트가 아주 정직한 말을 합니다.

16강 이야기는 전부 개념이다 — 우리 자료로는 확인할 수 없다

왜 확인할 수 없나

기억 T세포인지 아닌지는 Sell · Ccr7 · Cd69 같은 유전자 발현으로 갈립니다. 그런데 V(D)J 자료에는 발현이 없어요 (15강에서 배운 그대로).

할 수 있는 건 간접 추론뿐

"크게 불어난 클론은 기억일 가능성이 높다" 정도입니다. 그런데 그것도 확실하지 않아요 —

크게 불어난 클론이 지금 활성화된 세포일 수도 있다
기억이지만 안 불어난 클론도 있다
불어난 게 소진된 세포일 수도 있다 (17강)

클론 크기 하나로는 기억 · 활성 · 소진을 못 가른다

그러면 왜 이 강을 넣었나

두 가지 이유입니다.

필요하니까 — 기억을 모르면 백신도, 19강의 논문도 못 읽는다
못 하는 걸 알아야 하니까 — 무엇을 못 하는지 알려면 먼저 그 개념을 알아야 한다

두 번째가 중요합니다. 모르는 것을 모른다고 말하려면 그것이 무엇인지는 알아야 하거든요.

그리고 자료를 바꾸면 답할 수 있습니다

논문의 공간전사체 자료는 발현을 함께 읽었으므로 기억과 소진을 가릅니다. 19강에서 그 차이를 정면으로 다뤄요.

같은 물음이라도 자료가 다르면 답할 수 있는 범위가 다르다

이 문장이 18·19·20강의 주제가 됩니다.

🤔 확인 문제

면역 기억이 두 번째 반응을 빠르게 만드는 가장 큰 이유는?

🤔 확인 문제

혈액 검사로 볼 수 없는 기억 T세포는?

🤔 확인 문제

우리 V(D)J 자료로 기억 T세포를 직접 가릴 수 없는 이유는?