헬리코박터 파이로리는 나선모양의 균이다

헬리코박터 파이로리는 위와 십이지장이 연결되는 부분인 '날문(파이로리)'에 서식하는 나선모양의 균이다. 1983년 오스트레일리아의 의사 와렌과 마샬 박사에 의해 발견된 이후, 만성위염과 소화기궤양의 주원인균으로 알려지고 있다. 그렇다면 길이가 2-7㎛에 불과한 이 작은 균들의 감염여부를 어떻게 찾아낼 수 있을까?

조직검사, 배양검사, 신속요소반응검사등 기존의 검사방법들도 있겠지만, 여기에서는 안정동위원소를 이용해서 비교적 간단하게 헬리코박터의 감염 유무를 판별하는 방법에 대해서 이야기해 보겠다.

헬리코박터는 위산으로 덮여있는 위에서 살고 있다. 따라서 헬리코박터는 이런 열악한 환경으로부터 자신을 보호하기 위한 보호막을 가지고 있는데, 이 보호막은 요소를 분해하면서 생성되는 암모니아로 이루어져 있다. 알카리성의 암모니아가 위산을 중화시켜 줌으로써 위산으로부터 헬리코박터를 보호해 주는 것이다. 아래의 식은 헬리코박터가 자신을 보호하기 위해서 끈임없이 요소를 분해하여, 암모니아와 이산화탄소를 만들어 내고 있는 모습을 보여준다. 이 반응에서 나타나는 원리가 바로 안정동위원소를 이용해서 헬리코박터의 유무를 판별하게 해주는 근거이기도 하다.

¹³CO(NH₂)₂ + H₂O → ¹³CO₂ + 2NH₃

탄소에는 원자량이 12와 13인 두 개의 안정동위원소가 존재하는데, 자연상태에서 질량이 13인 탄소는 1.1% 밖에 되지 않고 질량이 12인 탄소가 대부분을 차지한다. 그러므로 대부분의 탄소화합물은 질량이 12인 탄소의 비율이 질량이 13인 탄소의 비율에 비해 상대적으로 월등히 우세하다. 하지만 분자내의 탄소를 인위적으로 모두 질량이 13인 원자로 만들 수 있는데, 이렇게 만들어진 분자를 ¹³C-lable 되었다고 말한다.

안정동위원소로 헬리코박터의 감염여부를 판별하는 방법은 이와 같이 분자 내에 탄소가 질량이 13인 탄소로만 이루어진, 다시말해 ¹³C-lable된 요소를 이용한다. 위 속에 투입된 ¹³C-lable된 요소는 위속에 헬리코박터가 살고 있는 경우라면, 헬리코박터에 의해서 분해되어 암모니아와 질량이 13인 탄소로 이루어진 이산화탄소(¹³CO₂)를 만들어 낼 것이고, 이 ¹³C로 이루어진 이산화탄소는 호흡기를 통해서 몸밖으로 배출될 것이다. 다시 말하면, 헬리코박터가 위속에 존재하지 않는다면, ¹³C-lable된 요소는 위에서 분해되지 않을 것이고, 헬리코박터가 존재하는 경우에만 ¹³C-lable된 요소가 분해되어 동위원소 적으로 무거운 ¹³CO₂가 허파를 통해서 몸밖으로 배출될 것이다. 그러므로 환자는 ¹³C-lable된 요소를 투입하기 전, 평상시 호흡으로 몸밖으로 배출되는 이산화탄소의 탄소동위원소비를 측정한 후에 요소를 투입한 후, 호흡으로 배출되는 이산화탄소의 탄소동위원소비를 다시 측정하여 이산화탄소의 ¹³C의 비율이 현저하게 높아졌으면 헬리코박터에 감염되었다고 진단할 수 있다.