항생제의 역사와 내성

면역학

1. 항생제 (Antibiotics)

항생제는 미생물에 의하여 만들어진 물질로 환자가 세균으로 인한 감염을 보일 때 원인이 되는 세균의 감염을 억제하고 죽이는 역할을 한다. 일반적으로 항균제(antibacterial agents)와 항미생물제제(antimicrobial agents)와 혼용되어 쓰기도 하는데 항생제와는 다르다. 감기, 인후염, 독감 등 바이러스를 억제하지 않는다.

2. 항생제의 역사

항생제는 나무껍질이나 토근, 곰팡이 등에서 얻은 추출물 등 자연으로부터 항생 효과가 있는 물질을 자연으로부터 채취하여 사용해 왔다는 기록이 있다. 1910년경 P. Ehrlich는 유기 합성 화학물질을 이용하여 salvarsan이 만들어졌는데 이는 매독 치료에 사용되었다. 이는 화학요법으로 질병을 치유하는 최초의 예로 기록되어 있다. 1932년 azo 계열의 prontosil이 합성되었으며, 1934년 사슬알균과 영국에서 산욕열의 치료에 prontosil을 사용하면서 산욕열에 의한 사망률을 급격히 감소시켰다. Prontosil 성공 이후 다양한 sulfonamide계열 화합물들이 항생제로 개발되었다.

1928년에는 우연히 세균을 배양하는 실험을 하던 도중 포도상 구균이 배양되지 않는 것을 발견하며 Penicilin 추출에 성공했다. 페니실린이 실제 인체에 사용된 건 1년 이지난 1941년이다. 페니실린은 세계 2차대전 중 포도상구균에 감염된 수많은 사람의 목숨을 구했다. 하지만 무분별한 페니실린 사용으로 내성이 생겼다. 이후 1960년쯤에는 내성률이 80%지만 되며 2세대 항생제인 Methicillin이 개발되었다. 베타락탐(beta-lactam) 계열의 penicillin의 발견 등 체계적으로 항생제를 발굴하기 시작했다. 이후에는 결핵치료에 유효한 것으로 밝혀진 aminoglycoside 계열 항생제인 streptomycin과 Kanamycin이 개발되었다. 이 항생제들은 그람 양성균에 광범위하게 작용한다. 이어서 다른 항생제들도 개발되었으며 많은 감염질환을 해결했다. 1980년대까지는 주로 자연에서 얻은 항균물질을 추출하여 항생제 신약을 개발했다. 1980년 이후에는 이미 알려진 약제의 화학구조를 변화시켜 약리작용을 개선하거나 부작용을 줄이며 신약이 개발되었다. 

3. 항생제의 작용

항생제와 세균 사이의 작용은 두 가지로 나눌 수 있다. 정균작용은 항생제와 세균 내 구조 결합이 약하여 증식을 억제하는 데 그친 것을 말한다. 이 경우 항생제 투여를 중단했을 때 세균이 다시 증식할 수 있다. 항생제가 세포와 결합하여 기능을 완전히 억제했다면 증식을 억제하는 것을 넘어 완전히 사멸시킬 수 있다. 이를 살균효과라고 한다. 
체내에서 항생제를 투여할 시 다양한 방법으로 세균을 억제한다. 세포막은 장벽을 통해 선택적으로 능동수송을 함으로 세포 내외의 고분자 물질과 이온의 균형을 이룬다. 일부 항생제는 능동수송에 관여하는 세균의 세포막의 기능을 변화시킨다. 대표적으로 polymyxin과 항진균제가 세포막의 기능을 변화시켜 세균을 사멸시키는데, 과량 투여 시 독성을 유발하므로 주의가 필요하다. 세포가 생존하기 위해서는 생존에 필요한 단백질이 세포질 내 합성되어야 한다. 세균과 인체의 리보솜 구성이 달라 세균의 리보솜을 억제해 단백질이 합성되지 않음으로 항균 작용을 보이는 항생제도 있다. DNA와 RNA 생성을 방해하여 세균 증식에 필요한 과정을 억제하기도 한다. 엽산은 핵산 합성에 필요한데 자체적으로 생산할 수 없는 인간과 다르게 세균은 자체적으로 생합성을 할 수 있다. 따라서 이러한 엽산 합성 과정을 억제하는 항생제들이 있고 두 항생제는 서로 다른 합성 단계를 억제하여 항균 효과를 상승시키는 역할을 한다.

4. 항생제 내성 기작

대표적으로 β-lactamase를 분비하는 세균이 β-lactam 고리를 가진 항생제를 파괴하여 항생제의 활성을 억제한다. 항생제는 특정 효소나 세포 내 특정 부위를 표적으로 한다. 표적의 특성이 바뀌면 내성을 갖게 되는 일부 세균은 rRNA를 변형시켜 리보솜에 결합하는 것을 막아서 내성을 갖게 한다. 막의 투과성을 낮춰 항생제가 세포 내로 들어가지 못하게 하거나 항생제를 배출시키기도 한다. 이는 후에 더 자세하게 다루기로 한다.

5. 항생제 내성 예방

항생제 내성은 꼭 정해진 복용량을 투여해야 한다. 임의로 항생제를 구입하거나 복용해서는 안 되며 의료진이 써준 처방전을 그대로 따르는 것이 중요하다. 또 생활 속에서 옮을 수 있기 때문에 손 씻기, 기침할 때 입과 코를 가리기 등 올바른 위생 수칙을 지키며 예방 수칙을 지켜야 한다.