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세균 대 과학: 내성과의 싸움

Adam Sanford
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세균 대 과학: 내성과의 싸움

세계보건기구(WHO)에서는 적절한 치료 후에도 사멸/비활성화되지 않은 미생물을 '내성균'이라고 정의하며, 내성균의 증가에는 다양한 원인이 복합적으로 작용하고 있습니다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 매년 280만 건 이상의 항생제 내성 세균 감염이 발생하여 35,000여 명이 사망하고 있습니다. 더 나아가 세계은행에서는 2050년이 되면 연간 사망자 수가 1,000만 명까지 증가할 수도 있다고 예측하고 있습니다.

그 결과, WHO는 항균물질 내성을 10가지 주요 보건 우려 사항 중 하나로 선정했으며, 새로운 솔루션이 급하게 필요한 상황입니다.

복합적 요인을 가지는 항생제 내성

항생제 내성은 내재적 요인과 후천적 요인으로 인해 발생합니다. 내재적 요인으로는 세포벽의 투과성, 변성된 약물 표적, 배출 펌프의 활성화, 항생제의 효소적 분해 등이 있습니다. 후천적 내성의 원인으로는 새로운 유전 물질을 획득하거나 세균 게놈의 돌연변이가 나타나 생존율이 높아지는 경우를 꼽을 수 있습니다.

그림 1. 돌연변이나 내성 플라스미드로 인해 발생한 세균에서 발견되는 일반적인 항균물질 내성 메커니즘 네 가지. A. 변성된 세포벽 투과성은 세균에 대한 항균물질의 침투율을 줄이거나 침투를 방해합니다. B. 약물 표적의 변성/부재는 약물의 결합력을 약하게 만들어 효능이 줄어듭니다. C. 항균물질 치료에 대한 반응으로 배출 펌프가 활성화되면 효과를 보기도 전에 항생제가 사라질 수 있습니다. D. 항생제의 효소 분해로 인해 효능이 사라질 수 있습니다.

새로운 항균 치료의 필요성

항생제는 다양한 등급으로 나뉩니다. 구조와 신체 내 세균에 대항하는 방식에 따라 등급이 나뉩니다.

항생제 등급 구조
아미노글리코사이드계(예: 스트렙토마이신, 57-92-1) Aminoglycosides-image1
베타락탐계(예: 페니실린, 61-33-6) Beta-lactams-image2
설폰아마이드계(예: 설파다이아진, 68-35-9)   Sulfonamides-image3
암페니콜계(예: 클로람페니콜, 56-75-7) Amphenicols-image4
폴리믹신계(예: 폴리믹신 B, 1404-26-8) Polymyxins-image5
테트라사이클린계(예: 테트라사이클린, 60-54-8) Tetracyclines-image6
마크로라이드계(예: 클래리스로마이신, 81103-11-9) Macrolides-image7
피리미딘계(예: 설파다이아진  68-35-9)  설파다이아진
리파마이신계(예: 리팜피신, 13292-46-1 Rifamycins-image9
퀴놀론계 및 플루오로퀴놀론계(예: 날리딕스산, 389-08-2) Quinolones-image10
스트렙토그라민계(예: 퀴누프리스틴, 120138-50-3) Streptogramins-image11
린코사마이드계(예: 린코마이신, 154-21-2) Lincosamides-image12
플레우로무틸린계(예: 레파무린, 1061337-51-6) Pleuromutilins-image13
옥사졸리디논계(예: 리네졸리드, 165800-03-3) Oxazolidinones-image14

표 1. 다양한 항생제 등급.

이처럼 다양한 치료 옵션이 존재하지만, 기존 항생제 치료에 내성을 보이는 감염증이 많아지고 있습니다. 또한 이러한 감염증과 관련된 사망자가 증가할 것으로 예측되면서 세균 감염에 대항하는 방식을 바꿔야 한다는 목소리가 커지고 있습니다.

새로운 항균물질이 직면하게 되는 과제

항균물질 내성균이 증가하는 원인은 복합적이지만, 항균물질 내성균이 생겨나는 속도보다 새로운 치료 옵션을 개발하는 속도가 느려지면서 내성균이 더 빠르게 증가하고 있습니다.

항균물질 내성균에 대한 학술지 수와 낮은 특허 출원 수를 비교해 보면 이러한 추세를 확실하게 확인할 수 있습니다(그림 2). 이러한 내용을 통해 학술 연구자들이 새로운 항균물질 개발에 더 중요한 역할을 하며, 연구를 통해 얻은 성과를 상용화할 수 있는 치료로 변환해야 한다는 사실을 알 수 있습니다.


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그림 2. 지난 10년(2012년–2022년)간 항균물질 연구 분야에서 발표된 학술지 수와 특허 출원 수(각각 파란색 막대와 노란색 막대로 표시)를 연도별로 나타낸 자료.

이러한 현상은 항균물질 개발을 어렵게 만드는 여러 요인으로 인해 발생합니다. 미생물이 항균물질에 저항하기 위해 사용하는 여러 내재적 또는 후천적 메커니즘(그림 1) 외에도, 보다 광범위한 요인(그림 3)들이 개발을 어렵게 만들고 있습니다.

세균의 항균물질 내성에 높은 개발 비용, 긴 개발 기간(그림 3)이 더해지면서 최근 몇십 년 동안은 필요성이 절실함에도 불구하고 소수의 항생제만이 상업화 단계에 도달하고 있습니다.

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