10.2 Wonder Drugs (기적의 약품) : 세균과의 싸움 [ 2/ 2 ]

* '나폴레옹의 단추 _ 10. Wonder Drugs (기적의 약품) :  세균과의 싸움 [ 1 / 2 ]' 에 연결하여...

 

  ‘설파닐아미드(Sulfanilamide)’가 항균 역할을 한다는 발견이 더욱 주목받은 이유는, 연쇄상구균뿐 아니라 폐렴(Pneumonia), 성홍열(Scarlet fever), 임질(Gonorrea)등 다양한 다른 감염병에도 효과가 있다는 점이야. 

이후 1935~46년 사이 화학자들은 부작용을 개선한 수많은 화합물을 만들어내 5000여종 이상의 변형된 새로운 설파 화합물들이 만들어 졌고, 이들을 통칭해 ‘설파제(Sulfa drugs)’ 계열 항생제로 부르며 ‘기적의 약(wonder drug)’ 또는 ‘미라클 드럭(miracle drug)’으로 알려지게 되었어.

항균제

 

  설파닐아미드 분자가 항균제로 작용하는 메카니즘은 매우 흥미로워;

세균이 증식하려면 비타민B중 하나인 ‘엽산(Folic acid)’이 꼭 필요한데, 인간은 스스로 만들지 못해 주로 야채를 통해 섭취(괴혈병을 유발하는 비타민C가 생가나지) 하는 반면 일부 세균(bacteria)은 스스로 엽산을 만들어 증식해. 

그런데, 엽산 화합물 구조의 중간에 위치한 분자(p-aminobenzoic)의 크기와 구조가 설파닐아미드 분자와 거의 유사해, 세균의 엽산을 만드는 어수룩한 엽산 합성 효소(enzyme)가 p-aminobenzoic와 설파닐아미드 분자를 구별하지 못하고 쓰면서 불량 엽산이 만들어져 (일종의 작동하지 않는 불량품을 만들어) DNA 복제와 세포 분열이 중단되어 증식이 억제되는 거지. 외부에서 섭취하는 인간에게는 전혀 무해 🙂.

 

  정확히 말하면 설파제(Sulfa drugs)는 ‘항생제(antibiotics)’라기보다는, 합성된 염료에서 나온 세균 증식을 억제하는 ‘항대사(antimetabolite)제’ 라고 하는게 맞는 말이야.

미생물을 사용한 최초의 항생제는 ‘페니실린(Penicillin)’이라고 할 수 있어.

 

   파스퇴르가 1877년, 특정 세균으로 다른 세균을 억제할 수 있다는 것을 제시하고, 페놀(Phenol)을 소독제로 사용했던 리스터(Lister)가 ‘푸른곰팡이(Penicillium Mold)’에서 추출한 세균으로 종기를 치료하기도 했지만 세균을 이용한 항생제 개발이 별다른 주목을 받지 못하다가… 

1928년 스코틀랜드의 의사 ‘플레밍(Alexander Fleming)’은 포도상구균을 연구하다 푸른곰팡이가 피어 있는 배양접시 주변이 투명하게 변하는 걸 발견해. 

기존의 다른 연구자들이 무심히 지나친 것과 달리 플레밍은 푸른곰팡이가 포도당구균에 영향을 주는거라 추정하고 (관찰과 정확한 추론에 의한 연구의 중요성 🧐) 연구를 계속해서, 마침내 '페니실린(Penicillin)'이라 명명한 배양접시에서 추출한 ‘곰팡이 배양액(broth)’이 백혈구에 해를 입히지 않고 뇌수막염(meningitis), 임질(gonorrhea), 연쇄상구균(streptococcal)감염 등을 일으키는 세균을 억제 ⚔️하는 선택적 항균 효과가 있는걸 발견했어.     

  하지만 푸른곰팡이를 배양해 얻을 수 있는 페니실린 양이 극히 적어 충분한 임상 시험이 어려워서 효과의 증명이 지연 되었는데, 점차 항균 효과가 뛰어난게 확인돼면서 이차대전시엔 미국과 영국의 39개 연구소와 화학자들이 전략적으로 페니실린의 화학 구조를 찾기 위한 연구를 진행했고 결국 1946년에 화학 구조식을 찾아냈어. 

 

  합성은 1957년에야 만들어 낼 수 있었어. 페니실린의 구조가 복잡하지는 않지만 특별한 사원자고리(4-membered ring, beta-lactam ring) 구조로 되어 있는데, 링이 평면적으로 연결된게 아니라 입체적으로 각(angle)을 이루며 연결되어 있어 합성하기 어려웠어. 이 각진 사원자고리가 세균의 ‘세포벽(cell wall)’을 만드는 효소와 반응해 효소가 기능을 못하도록 하고 세포벽을 만들지 못한 박테리아가 증식을 못하게 돼. 인간을 포함한 동물들의 세포는 ‘세포벽(cell wall)’이 아니라 ‘세포막(cell membrane)’으로 구성되어 있어 페니실린에 안전한 거야. 

(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/)  Molecular_model_of_Penicillin, Dorothy_Hodgkin

 

  일차세계대전때 미군의 세균 감염에 의한 괴질로 사망하는 경우가 17% 였지만, 이차세계대전에선 항균제 개발로 사망률이 1~2%로 현저히 줄었어. 전쟁 중기까지는 설파제(sulfa drug)가 주로 사용되었고 후반에는 페니실린이 사용되었지.

  유럽의 기대 수명은 BC 3500~ AD 1750년까지 거의 변화 없이 30~40세 였고, 미국의 경우도 1900년대 초반 47세 였는데 2000년대로 넘어오며 77세로 획기적으로 늘어났어. 여러 이유 중 약 40%는 항생제 사용으로 인해 감염병 사망률 감소의 영향이라고 알려져 있어. 특히 예방주사로 인한 아동 사망률 감소.       

기대수명 (ChatGPT 그림)