항생제란 무엇인가

항생제[1](영어: antibiotic) 또는 항균제[2] 또는 항생물질(抗生物質)은 "미생물이 생산하였고 다른 미생물의 성장과 증식을 억제하는 물질"이라고 정의된다. 병원성 박테리아 감염의 치료 및 예방에 사용되는 항균제 약물이다.[3] 통속적으로 항바이러스제와 혼동될 수도 있지만 잘못된 것이다. 이러한 물질로 만든 약을 항생제 또는 일상적으로 마이신(mycin)이라고 부른다. 항생제는 감기나 인플루엔자와 같은 바이러스에 효과적이지 않다. 바이러스를 억제하는 약물은 항생제가 아닌 항바이러스 약물 또는 항바이러스제라고 한다. 처음에는 곰팡이 또는 토양 미생물이 자연적으로 만들어 낸 것을 이용했으나, 현재는 구조를 약간 바꾼 반합성, 또는 완전히 새로운 합성 항생제도 많이 개발되어 사용되고 있다. 주로 결핵치료에 쓰이는 방선균(放線菌)의 하나인 스트렙토미세스속(屬)에서 분리한 항생 물질인 스트렙토마이신(streptomycin)에서 유래하여 '마이신'(mycin)으로 약칭하기도 하지만, 정확한 표현은 아니다. 영어 어원인 antibiotics는, 반대/저항이라는 뜻의 anti와 삶/살아있는 것을 뜻하는 bio의 결합으로, 미생물을 죽인다 혹은 저항한다는 뜻이다. 참고로, 항균제(antimicrobia)와 항생제(antibiotics)도 구별할 수 있다. 항균제는 비누와 소독제에 사용되며, 항생제는 의약품으로 사용된다. 기원 숙주인 사람에게는 해롭지 않고 병원체에게만 큰 손상(injury)을 미치는 물질로 감염병 환자를 치료하는 것을 화학요법이라고 한다. 그러나 이러한 요법이 실시된 것은 화학요법이란 말이 생기기보다 아득한 옛날이다. 즉 조충(tapeworm) 치료에 고사리의 일종인 malferin을, 회충증에는 santonin을, 말라리아에는 quinine을, 아메바감염증에는 emetine을 사용한 역사는 미생물학의 역사보다는 월등하게 앞선다. 전염병의 원인이 미생물에 의해 생긴다는 것이 로베르트 코흐와 루이 파스퇴르에 의해 알려지면서, 사람들은 병을 치료하기 위해 미생물을 죽이는 물질을 찾기 시작했다. 근대 화학요법은 파울 에를리히로부터 시작되었다고 해도 과언이 아니다. 에를리히는 조직염색표본에서 원충이 특이하게 염색된다는 사실로부터 염색약품이 원충과 특이한 친화성(affinity), 즉 선택독성이 있다는 사실에 착안하여 염료가 치료에 사용될 수 있으리라는 생각으로 염료를 연구하여 끝내는 1909년에 염료는 아니지만 살바르산(salvarsan)을 만들어 근대 화학요법의 선구자가 되었다[4]. 최초의 항생제로서 매독 치료제인 살바르산은 세균 성장을 억제하는 작용을 한다.[5] 또한, 페니실린은 최초로 만들어진 미생물을 직접 파괴하는 종류의 항생제이다. 작용 항균 방식 항생제는 종류에 따라 살균 작용과 정균 작용을 수행한다. 살균 작용(bactericidal effect)은 미생물을 직접 죽이는 것이고, 정균 작용(bacteriostatic effect)은 미생물이 더 이상 번식하지 못하도록 억제하는 것이다. 정균 항생제를 사용하는 경우 미생물은 결국 식균작용이나 항체 등 숙주의 방어기전에 의해 제거된다.[6] 작용 범위 항생제마다 항균 스펙트럼이 다르다. 광범위항생제(broad spectrum antibiotic)는 다양한 그람양성균과 그람음성균에 효과를 나타내는 반면, 특정한 종류 미생물에 대해서만 효과를 나타내는 좁은범위항생제(narrow spectrum antibiotic)도 존재한다.[6] 작용 기전 인체 감염을 치료하기 위해 항생물질을 이용하려면, 항생물질이 선택적 독성을 가져 병원체에 손상을 입히면서도 인간 세포에는 영향을 미치지 않아야 한다. 세균 등 원핵생물을 표적으로 하는 항생물질을 찾기는 비교적 쉬운데, 원핵생물과 진핵생물의 구조적·기능적 특징이 상당히 다르기 때문이다. 반면 곰팡이나 원생생물, 기생충처럼 진핵세포로 이루어진 병원체를 표적으로 하는 항생물질은 개발하기가 한결 어렵고 따라서 그 종류도 다소 한정적이다.[6][7] 원핵세포와 항생물질 세균을 표적으로 하는 항생물질의 작용 기전과 그 대표적인 예시를 나열하면 다음과 같다.[7][8] 세포벽 합성 억제 : 진핵생물과 달리 원핵생물의 세포는 세포막뿐만 아니라 펩티도글리칸으로 이루어진 세포벽을 갖는다. 따라서 세포벽은 세균에 대한 항생물질의 이상적인 표적이 된다. 페니실린, 세팔로스포린, 카바페넴, 모노박탐 등 베타-락탐 계열 항생제는 펩티도글리칸의 교차결합을 억제하여 세포벽 합성을 저해한다. 반코마이신 등 당펩티드 항생제 역세 세포벽을 표적으로 하는 항생물질에 해당한다. 단백질 합성 억제 : 80S 리보솜을 갖는 진핵생물과 달리 원핵생물은 70S 리보솜을 갖는다. 리보솜의 구조적 특징이 다르기 때문에, 세균의 리보솜에 작용하여 단백질 합성을 억제하는 항생물질은 선택적 독성을 나타낼 수 있다. 하지만 진핵생물의 중요한 세포 소기관인 미토콘드리아 역시 70S 리보솜을 갖기 때문에, 숙주세포에 유해한 부작용이 발생할 가능성을 배제할 수 없다. 대표적인 항생물질을 나열하면 다음과 같다. 아미노글리코사이드 계열 항생제 : 30S 소단위체가 mRNA를 인식하는 과정을 방해함으로써 살균작용을 나타낸다. 스트렙토마이신, 네오마이신, 아미카신, 카나마이신, 젠타마이신 등이 있다. 테트라사이클린 계열 항생제 : 30S 소단위체가 tRNA와 결합하는 과정을 억제한다. 테트라사이클린, 독시사이클린, 티게사이클린 등이 여기에 해당한다. 마크로라이드 계열 항생제 : 50S 소단위체의 23S rRNA에 결합하여 정균작용을 나타낸다. 합성 중인 폴리펩타이드 사슬이 리보솜으로부터 일찍 떨어져 나가도록 하거나 50S 소단위체의 조립을 방해하는 등 다양한 방식으로 단백질 합성을 억제하는 것으로 알려져 있다.[9] 에리트로마이신, 아지트로마이신, 클래리트로마이신 등이 있다. 린코사마이드 계열 항생제 : 50S 소단위체에 결합하여 단백질 합성의 개시를 방해함으로써 정균작용을 나타낸다. 클린다마이신이 대표적이다. 옥사졸리디논 계열 항생제 : 반코마이신 내성균에 대응하기 위해 개발된 항생제로, 50S 소단위체에 작용하여 30S 소단위체와 결합하는 것을 억제한다. 리네졸리드가 대표적이다. 클로람페니콜 : 50S 소단위체의 23S rRNA에 결합하여 새로운 펩타이드 결합이 형성되는 것을 억제한다. 핵산 합성 억제 : 리팜핀 등 리파마이신 계열 항생제는 세균의 RNA 중합효소에 작용하여 mRNA 합성을 억제하며, 시프로플록사신, 레보플록사신, 목시플록사신 등 퀴놀론 계열 항생제는 DNA 합성에 필요한 국소이성화효소의 작용을 억제한다. 세포대사 억제 : 사람과 달리 세균은 필수적인 영양소인 엽산을 합성하기 위해 파라아미노벤조산을 필요로 한다. 술폰아미드 약물은 파라아미노벤조산을 엽산으로 전환하는 데 관여하는 효소의 경쟁적 억제제로 작용하여 정균작용을 나타낸다. 트리메소프림/술파메톡사졸의 조합이 대표적이다. 세포막 변경·파괴 : 폴리믹신 B와 콜리스틴은 세균의 세포막 투과성을 변화시킴으로써 살균작용을 나타낸다. 진핵세포와 항생물질 많은 항생제는 진핵세포 생물에게도 작용할 수 있다. 이러한 항생제는 곰팡이로 인한 질병 또는 암에 대해 강력한 효과를 발휘할 수 있으나, 사람 또한 진핵세포 생물이므로 이 항생제에 의해 피해를 입을 수 있다. 항암성 항생제에 대해서는 화학요법계열의 안트라사이클린 항목을 참고하기 바란다. 항생물질에 대한 내성 항생제는 자연적으로 존재하던 것이었으므로, 이에 대한 저항성이 있을 것이란 것은 쉽게 예측 가능하다. 현재는 항생제 내성이 있는 미생물이 매우 많다. 이러한 미생물을 내성균이라 하며, 병의 치료 및 원내 감염이라고 불리는 상황에서 어려움을 주고 있다. 내성균의 비율은 자연적으로는 그리 많지 않았다. 그러나 페니실린의 개발 후 많은 사용에 따라 내성균의 비율이 크게 증가하였고, 이에 따라 페니실린만이 아닌 메티실린 등의 다른 항생물질이 필요하게 되었다. 또, 대체 항생물질에 내성을 가지는 슈퍼 박테리아가 발생되어 그 위험이 많이 증가하고 있다.