항생제 내성(抗生劑 耐性, antibiotic resistance)과 슈퍼 박테리아(super bacteria, supervugs)

항생제 내성(抗生劑 耐性, antibiotic resistance)과 슈퍼 박테리아(super bacteria, supervugs)

김진국

1. 항생제(抗生劑, antibiotics)

 미생물을 죽이는 물질로는 항생제와 항균제가 있다. 미생물이 생산하는 물질로 다른 미생물의 발육을 억제하거나 죽이는 물질을 항생제라 하며 인위적으로 만들어진 합성물(화학적 합성)로 미생물의 발육을 억제하거나 죽이는 물질을 항균제(설파제 등)라 한다. 그리고 진균(곰팡이, 버섯,  효모, 진핵세포)을 죽이는 물질을 항진균제라 한다. 대부분의 항생제와 항균제는 진균을 죽이지 못한다. 마찬가지로 대부분의 항진균제도 세균(원핵세포)을 죽이지 못한다. 그런데 항생제, 항균제, 항진균제를 구분하지 않고 모두를 항생제라는 용어로 쓰기도 한다.
항생제는 세균(박테리아, bacteria)이 노화로 약화되었을 때 자신을 보호하기 위해 만든 독성의 천연물질로 자신을 공격하는 다른 세균의 성장을 저해한다. 1928년 플레밍에 의해 처음으로 페니실린(penicillin)이 발견되었으며 현대에는 여러 독성 물질을 추출하여 세균을 죽여 병을 치료하는 다양한 항생제가 개발되었다. 페니실린은 푸른 곰팡이(Penicillium)의 일종인 페니실륨 노타툼(Penichillium notatum)이 생성하는 물질로 그람 양성(세포벽이 두껍고 그람 염색제에 염색이 됨)인 세균의 세포벽의 주성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 분자를 연결하는 트랜스펩티데이스(transpeptidase)와 결합하여 펩티도글리칸 분자 간의 연결을 방해함으로써 세포벽을 약화시킨다. 세포벽이 약해진 세균은 삼투현상으로 들어온 물의 팽압에 견디지 못하여 세포막이 터지는 용균 현상(lysis)으로 죽게 되는 것이다. 세포벽이 없는 사람이나 세포벽에 펩티도글리칸(peptidoglycan) 성분이 없는 식물에는 문제를 일으키지 않고 그람 양성 세균만 죽이는 것이다.

2. 항생제 내성(抗生劑 耐性, antibiotic resistance)

 어떤 병을 일으키는 박테리아(세균)를 죽이기 위해  항생제를 사용하면 대부분의 박테리아가 죽기 때문에 병이 치료된다. 그런데 이때 이 항생제에 죽지 않는 세균이 일부 살아남아 있다. 이렇게 살아남은 균은 이 항생제에 대해 내성이 생겼다고 한다. 어떤 한 종류의 균은 colon이 아니고 돌연변이로 처음부터 다양한 균으로 되어 있기 때문에 항생제에 죽지 않는 균도 있는 것이다. 또 항생제가 세균에 들어오면 항생제에 반응하는 항생제 수용체를 돌연변이로 변형하여 항생제 작용을 방해하는 내성(耐性)이 생긴 것으로 새로 생긴 것이 아니고 있던 것이 활성화된 것이다.
 항생제에 살아남은 이 균이 증식하여 다시 병을 일으키면 이 항생제에 대해 내성이 있으므로 이 항생제로는 병이 치료되지 않는다. 그래서 처음보다 더 강한 다른 종류의 항생제를 써야 한다.

3. 슈퍼 박테리아(super bacteria,  supervugs)

 어떤 항생제에 내성이 생긴 종이 강한 다른 항생제 대해서도 돌연변이가 생겨 두 종류의 항생제에 내성을 가진 균이 되고 또 다른 항생제를 사용하여 내성이 생기고 하여 개발된 모든 항생제와 항균제에 대해 내성이 생긴 균이 나타난다면 현재까지 개발된 항생제로는 치료할 수 없게 된다. 이런 균을 슈퍼 박테리아(슈퍼 세균)라고 한다.
 이렇게 내성이 강화되는 과정은 한 개체에서도 연속으로 이런 내성이 길러질 수 있겠지만 내성이 생긴 균이 다른 개체에 옮겨가서 다시 내성이 생길 수 있다.
그래서 개인이나 집단 모두가 항생제를 적게 사용하고 자주 사용하지 말아야 슈퍼 박테리아(슈퍼 세균) 출현 기회를 줄일 수 있다.
 슈퍼 박테리아는 생각보다는 자주 출현되지 않았다. 이는 돌연변이 종이기 때문이다. 돌연변이종의 대부분은 원종보다 뛰어나지 못하다. 슈퍼 박테리아도 돌연변이 종이므로 항생제가 있는 환경에서는 살아남기에 좋지만 그들 집단의 경쟁에서는 다른 능력이 뒤지므로 사라지지는 않겠지만 경쟁에서 도태(淘汰, natural selection, 자연선택) 되는 것이다.
그래서 슈퍼박테리아가 출현하면 많은 인명피해를 줄 수 있지만 계속해서 크게 피해를 주면서 길게 가지는 못할 것이다.
슈퍼박테리아가 전파되면 기생한 인간 개체가 죽어 슈퍼박테리아가 증식할 공간이 사라지는 것이 하나의 이유이고 인간이 합성한 항생제에 슈퍼인 슈퍼박테리아만 돌연변이로 생성되는 것이 아니므로 수많은 돌연변이 박테리아가 생성되어 그들 간에 생존경쟁이 일어나면 인간에 치명적인 슈퍼박테리아가 그들 박테리아 중의 슈퍼로 되어 생존경쟁에 이길 수 있기는 어렵기 때문에 사라지지는 않겠지만 도태(淘汰, natural selection, 자연선택) 되는 것이다.

4. 슈퍼 박테리아(super bacteria,  supervugs) 출현

 1941년 페니실린의 개발로 병을 유발하는 황색 포도상 구균의 치료가 가능해졌다. 이후 페니실린에 내성이 생긴 균이 출현하게 되어서 더욱 강력한 항생제인 메티실린이 개발되었으며 1950년대에는 항생제 중 가장 강력한 반코마이신(vancomycin)이 개발되었다.
 1961년 영국에서 메티실린 내성 황색 포도상 구균(MRSA : methicillin-resistant staphylococcus aureus)이 처음 보고되었고 1996년에는 일본에서 반코마이신 내성 황색 포도상 구균(VRSA : vancomycin resistant staphylococcus aureus)이 발견되었다.
 2006년 한 해 동안 미국에서 9만 4000여 명이 MRSA에 감염되어, 이 중에서 1만 9000명 이상이 사망한 것으로 알려졌다.

5. 슈퍼박테리아(super bacteria,  supervugs) 확정

카바페넴(Cabapenem)은 세팔로스포린이나 광범위 베타락탐제(beta-lactamase)에 내성을 가진 세균들에 사용되는 중요한 항생제 중 하나이다. 카바페넴에 내성을 가지는 균의 치료에는 Colistin 정도밖에 없다. 그래서 카바페넴(Cabapenem)에 내성이 있다면 슈퍼박테리아인  것이다.
요로 감염, 폐렴, 패혈증 등 다양한 감염 질환을 일으키는 Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterobacter cloacae 등이 카바페넴 계열 항생제에 내성을 획득하여 카바페넴 내성 장내 세균이 된다. 따라서 이런 카바페넴 항생제에 내성을 가진 균주의 출현은 거의 모든 항생제에 내성을 가진 슈퍼박테리아(superbacteria, extreme drug resistance)의 출현에 근접하게 되는 것이다.

6. 슈퍼 박테리아(super bacteria,  supervugs) 퇴치 노력

2002년 영국의 과학자들이 항생제를 제조할 때 널리 사용되는 토양균인 스트렙토마이세스 코엘리컬러(streptomyces coelicolor)의 유전자 지도를 완성함으로써 항생제에 대한 슈퍼박테리아의 내성 문제를 해결할 수 있는 단서를 마련하였다.
  유전자 연구에 의하면 박테리아 내 RNA 중합 효소가 유전자 프로모터 부위를 인지하는 특이성을 변경시키는 단백질을 특이성 인자(specificity factor)라 하는데 스트렙토마이세스 코엘리컬러(Streptomyces coelicolor)에는 대단히 많은 63개의 특이성 인자(specificity factor)가 있다는 것이 밝혀졌으며 그중에 항생물질을 만들 가능성이 있는 특이성 인자(specificity factor)는 20 종류가 있다고 알려졌지만 지금까지는 네 종류의 특이성 인자만 이용하여 항생제를 만들었다. 그래서 지금과 다른 특별한 실험 조건이 개발된다면 새로운 종류의 항생제를 더 많이 개발할 수 있는 길이 열릴 가능성이 있다는 것이다.
그리고, 같은 해 미국에서도 슈퍼박테리아 병원균에 항생제 저항성을 부여하는 핵심 유전자를 밝혀내는 등 슈퍼박테리아 퇴치를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

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