항생물질은 어떻게 세균을 죽일가

2020-05-20 08:38:53

2020년을 맞으면서 코로나19 때문에 인류 전체가 공포 속에서 전에 없던 경계를 하고 있다. 세균(박테리아)에 의한 병이라면 항생물질로 그들을 제압하여 치료할 수 있지만 바이러스는 항생물질에 대해 전혀 영향을 받지 않는다. 그러므로 바이러스를 퇴치하려면 그에 맞는 항바이러스제라든가 항바이러스 백신이 있어야 한다.

코로나바이러스가 기관지와 페 조직을 공격하면 주변의 조직세포는 차례로 죽게 되고 그다음에는 2차적으로 세균이 침범하여 조직에 심각한 염증을 일으킨다. 바이러스와 세균으로부터 동시에 공격받는 이런 상황이 되면 의사는 항생제를 활용하여 조직이 더 이상 악화되는 것을 방지하도록 노력한다. 그러면 항생제 치료를 하는 동안에 대부분의 환자는 차츰 면역력이 생겨나 바이러스를 제압하게 되므로 페염으로부터 회복될 수 있다.

영국의 과학자 플래밍(1881-1955)이 1928년에 페니실린을 발견한 이야기는 너무나 유명한 과학의 력사이다. 플레밍은 페니실륨이라 불리는 곰팽이로부터 분비된 물질이 세균을 죽인다는 사실을 처음으로 확인했다. 당시에는 곰팽이가 어떤 리유로 세균을 죽이는지 그 리유를 알지 못했다. 곧 과학자들은 곰팽이의 분비물 속에서 살균작용을 가진 물질을 찾아내여 그 이름을 페니실린이라 부르기 시작했다.

페니실린을 발견한 이후 과학자들은 다른 많은 종류의 항생물질을 새로 발견하거나 인공적으로 합성까지 하게 되였다. 현재까지 의학적으로 활용하는 항생물질의 종류는 대단히 많고 지금도 새로운 것이 개발되고 있다.

많은 종류의 미생물들은 자신이 살기 위해 자기 령역을 침범하는 다른 생명체를 죽이거나 번식을 억제하는 화학물질을 생산하도록 진화되였다. 마치 많은 생명체들이 자신을 지키기 위해 유독물질을 분비하는 것처럼 가장 많이 사용되는 대표 항생물질인 페니실린은 세균의 몸을 둘러싸고 있는 세포벽을 파괴하거나 세균이 분렬하여 2개로 될 때 세포벽이 형성되지 못하도록 방해하는 작용을 한다. 세포벽이 없는 세균은 알몸이 되여 주변의 환경에 견디지 못하고 금방 죽어버리거나 더 이상 증식을 하지 못하게 된다.

페니실린은 왜 세균의 세포벽을 파괴할가. 그 리유는 간단하다. 세포벽을 구성하는 성분중에는 단백질이 대량 포함되여있다. 페니실린은 바로 세포벽의 단백질을 녹여버리거나 생성되는 것을 방해한다. 페니실린은 세포벽의 단백질 뿐만 아니라 세포 속의 단백질까지 파괴하는 작용도 한다.

좀 더 자세히 설명한다면 박테리아의 세포벽은 펩티도글리칸이라 불리는 단백질이 그물 같은 형태를 이루고 있다. 이 단백질은 세균의 세포막을 둘러싸 세포 속의 물질이 외부로 나가지 못하도록 보호한다.

박테리아가 세포분렬을 시작할 때는 세포벽 한곳에 작은 구멍이 생겨나면서 여기서부터 세포가 2개로 쪼개지기 시작한다. 이때 갈라진 자리에는 새로운 펩티도글리칸이 형성되여 세포벽을 차례로 둘러싸게 된다.

그런데 페니실린이 있으면 이것이 펩티도글리칸과 먼저 결합하여 세포벽의 벽돌이 형성되지 못하도록 만든다. 따라서 박테리아의 갈라진 세포벽은 허물어진 벽돌담처럼 허물어져내려 세포를 완전히 감싸지 못하게 된다. 그러면 갈라진 세포벽 틈새로 또는 세포벽이 완성되지 않은 세포 속으로 주변의 수분이 내부로 들어가 세포를 풍선처럼 팽창시켜 터져 죽어버리도록 한다. 일반적으로 인체 조직이나 혈액의 수분 농도는 세균 속(세포 속)보다 높다.

지금까지 개발된 의약품중에 항생물질 만큼 많은 생명을 구한 약은 없을 것이다. 유감스럽게도 100명중에 한 사람 비률로 페니실린에 대해 거부반응을 나타내는데 심각하게 거부반응(알레르기 반응)을 나타내는 비률은 0.03%이다. 여기서 또 한가지 질문이 생긴다. 그러면 페니실린을 분비하는 곰팽이 자신의 세포벽은 왜 안전할 수 있을가. 이는 더 밝혀야 할 연구과제의 하나이기도 하다. 


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