악셀 홀스트: 올바른 질문을 풀어낸 틀린 질병

악셀 홀스트(Axel Holst)와 그의 젊은 동료는 1907년 노르웨이 선원들이 긴 항해 동안 먹던 것과 같은 밀빵을 기니피그에게 먹여 기니피그에게서 각기병을 재현하고자 했다. 기니피그는 각기병에 걸리지 않았다. 그들은 잇몸 출혈, 뼈의 취약성, 내부 출혈 등 괴혈병에 걸렸고, "틀린" 질병을 얻음으로써 홀스트와 테오도르 프롤리히(Theodor Frølich)는 그 결핍을 유발하는 비타민이 분리되기 4분의 1세기 전에 의학계에 최초의 괴혈병 동물 모델을 안겨주었다.

크리스티아니아의 의학 명가

홀스트는 1860년 9월 6일 크리스티아니아(현 오슬로)에서 이미 노르웨이 의학계에 깊이 뿌리내린 가문에서 태어났다. 그의 아버지는 의사 악셀 홀스트(1826–1880)였고, 어머니는 안나 마틸데 샬롯 플레밍(Anna Mathilde Charlotte Flemming), 여동생은 언어학자 클라라 홀스트(Clara Holst), 할아버지는 의사 프레데릭 홀스트(Frederik Holst)였다. 그는 크리스티아니아 대성당 학교를 다녀 1877년에 졸업했으며, 1884년 프레데릭 왕립 대학교에서 의학 학위(cand.med.)를 취득했고, 연구 업적으로 1887년 왕세자 금메달을 수상했다. 그는 1890년부터 1892년까지 킬, 베를린, 뮌헨, 파리의 주요 유럽 실험실에서 연구를 수행했으며, 1892년 연쇄구균 박테리아에 관한 박사 학위를 취득했다. 이는 앞으로 다가올 영양 연구에 대한 명확한 암시를 주지 않는 탄탄하고 전통적인 세균학적 훈련이었다.

위생학 연구소 설립

홀스트의 경력은 직관적인 제도적 경로를 따랐다. 1885년부터 1889년까지 국립 병리 해부학 연구소의 조교, 1892년부터 1893년까지 크리스티아니아시의 보건 감시관을 지냈고, 1893년부터는 크리스티아니아 대학교의 위생학 및 세균학 교수를 역임했다. 그는 1930년 은퇴할 때까지 남은 평생 동안 대학의 위생학 연구소를 건립하고 이끌었다. 그의 경력에서 결정적인 연구가 탄생한 것은 영양학 자체가 아니라 위생 및 공중 보건이라는 이러한 제도적 기반에서였다.

우연히 성공한 실험

홀스트가 해결하고자 했던 문제는 선상 각기병으로, 이는 오랜 해양 항해에 나선 선원들을 괴롭히는 마비성 질환이었으며 당시 선내 식단의 어떤 결핍에서 비롯된 것으로 널리 의심받고 있었다. 소아과 교수 테오도르 프롤리히(Theodor Frølich)와 협력하여 홀스트는 통제된 조건 하에서 질병을 재현하기 위한 동물 실험을 설계하였고, 노르웨이 선원 배급량의 대부분을 차지하던 것과 동일한 밀빵을 실험 동물에게 먹였다. 두 사람은 당대 대부분의 영양 연구에 사용되던 표준적인 쥐, 생쥐, 토끼보다 "인간과 더 밀접한 관련이 있는 실험 동물"이 필요하다는 판단 하에 의도적으로 기니피그를 선택했다. 이 선택은 과학적으로 결정적인 것으로 판명되었는데, 기니피그는 인간과 마찬가지로 대다수의 실험용 설치류와 달리 자체적으로 비타민 C를 합성할 수 없기 때문에 실제로 괴혈병에 걸릴 수 있는 몇 안 되는 동물 중 하나였기 때문이다.

선원들의 밀빵 식단을 먹은 기니피그들은 각기병에 걸리지 않았다. 그들은 괴혈병에 걸렸다: 잇몸 출혈, 부서지기 쉽고 연약한 뼈, 내부 출혈은 선원들이 신선한 음식 없이 긴 항해에서 수세기 동안 겪었던 증상과 정확히 같았다. 홀스트와 프롤리히는 1907년 《위생학 잡지》(Journal of Hygiene)에 그 결과를 발표했으며, 이 발견은 그들이 애초에 풀고자 했던 수수께끼를 해결하는 것 이상의 의미를 가졌다. 그것은 실험 동물에서 식단만으로 괴혈병이 유발되고 역전될 수 있음을 깔끔하고 재현 가능하게 입증했다. 신선한 과일이나 채소를 주자 동물들은 빠르게 회복되었고, 두 연구원은 더 나아가 신선한 감자는 질병을 예방하는 반면 가공 과정에서 항괴혈병 성분을 잃어버린 건조 감자는 그렇지 않다는 것을 보여주었다. 이것은 1930년대 초반 알베르트 센트죄르지(Albert Szent-Györgyi) 등에 의해 아스코르브산(비타민 C)이 화학적으로 분리되기 2십 년도 더 전에 만들어진, 지금까지 생성된 최초의 신뢰할 수 있고 실험적으로 재현 가능한 괴혈병 동물 모델이었다. 비타민 C의 본질에 대한 이후의 모든 실험실 조사, 그리고 그 최종적인 분리는 홀스트와 프롤리히가 완전히 다른 질문에 답하기 위해 구축했던 기니피그 모델에 의존했다.

홀스트의 후기 경력은 스칸디나비아와 독일 전역에서 인정을 받았다. 그는 1927년 웁살라 대학교, 1928년 킬 대학교, 1929년 코펜하겐 대학교에서 명예 박사 학위를 받았으며, 괴혈병 연구가 그의 일부분을 영양학 쪽으로 전환시키기 전까지 거의 전적으로 공중 보건과 세균학을 기반으로 쌓아온 경력의 정점을 찍었다.

악셀이 천재로 불리는 이유

홀스트를 천재라 부르는 근거는 이론적 통찰력보다는 정확히 올바른 순간에 발휘된 실험적 판단력에 더 기인한다. 기니피그가 그가 찾던 질병을 발병시키지 못했을 때, 홀스트와 프롤리히는 변칙적인 결과를 무시하거나 각기병 가설에 억지로 끼워맞추지 않았다. 그들은 자신들이 다르고 똑같이 중요한 질병을 보고 있음을 인지하고 동일한 엄격함으로 이를 추구했다. 인간과의 진화적 근접성이라는 건전하지만 다른 이유로 이루어진 기니피그의 선택은 행운으로 인해 발견을 가능하게 한 바로 그 선택임이 판명되었다. 어떤 식단을 먹이든 거의 다른 모든 일반 실험 동물은 괴혈병을 재현하는 데 실패했을 것이기 때문이다. 계획되지 않은 결과의 가치를 인식하고 그 주위에 체계적이고 정량적인 실험 방법을 구축하는 것 — 식단을 변경하고, 신선한 감자와 건조 감자를 테스트하고, 회복 시간을 추적하는 것 — 은 엄격한 실험 설계와 가설보다는 데이터를 따르는 규율이 결합된 구체적이고 진정한 형태의 과학적 기량이다.

정직한 한계는 홀스트와 프롤리히가 비타민 C 자체를 식별하지 못했고, 어떤 화합물도 분리하지 못했으며, 괴혈병의 생화학적 메커니즘을 설명하지 못했다는 점이다. 그 작업은 한 세대 후의 생화학자들의 몫이었다. 그들의 공헌은 화학적 발견 그 자체라기보다는 방법론적이고 실험적인 것이었다. 즉, 분자가 아니라 동물 모델이었다. 홀스트는 영양학의 이론가로서가 아니라, 예기치 않은 결과를 자신의 가설보다 신뢰하려는 그의 의지가 모든 후속 비타민 C 연구자들에게 필요한 도구를 제공한, 예외적으로 신중한 실험가로 가장 잘 기억되고 있다.

유산

홀스트는 1931년 4월 26일 오슬로에서 사망했다. 그와 프롤리히가 1907년에 개발한 괴혈병의 기니피그 모델은 그 후 수십 년 동안 괴혈병 및 비타민 C 연구의 표준 실험 시스템으로 남았으며, 아스코르브산의 최종 분리를 뒷받침하고 영양 결핍 질환 과학의 창립 인물 중 한 명으로서 홀스트의 위치를 공고히 했다.