항생물질

항생물질(抗生物質, antibiotics, antibacterials)은 "미생물이 생산하였고 다른 미생물의 발육을 억제하는 물질"이라고 정의된다. 병원성 박테리아 감염의 치료 및 예방에 사용되는 항균제 약물이다.  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.
최초의 항생제로서 매독 치료제인 살바르산은 세균 성장을 억제하는 작용을 한다. 또한, 페니실린은 최초로 만들어진 미생물을 직접 파괴하는 종류의 항생제이다.

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.

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.

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.

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.

다중 내성 세균의 처리법

다중 내성 세균(MDRO; Multi-drug-resistant organisms)이란 일반적으로 기존의 항생제 처방으로 죽일 수 없는 세균을 의미한다. 이처럼 항생제가 무용지물이 되는 상황이 발생하기 때문에 항생제를 대체할 수 있는 방법이 필요하다.

파지 테라피

세균을 감염시킬 수 있는 바이러스인 파지를 이용하는 방법이 파지 테라피(Phage Therapy)이다. 파지는 세균에게 있어서 생태학적 동반자인데, 다양한 환경에 존재하는 세균의 개체 수를 통제해주는 역할을 한다. 이 치료법은 1920년대 미국과 동·서 유럽에서 인간에게 실제로 사용되었다. 이때의 성공적인 치료는 사실 일회적인 것이었다. 신약의 효용성을 판단하는데 사용되는 엄격한 과학적 연구에서는 파지 테라피가 매우 제한적이라는 결론이 났다. 1940년대 페니실린이 발견된 이후, 미국과 유럽은 파지 테라피에 대한 연구를 포기했다. 그리고 세균 감염에 대한 대책으로 항생제 개발에 박차를 가했다. 하지만 구 소비에트 연방은 연구를 계속했고, 그루지아의 Eliava Institute of Bacteriophage, Microbiology & Virology에서 연구를 이어나갔다. 내성균의 등장에 따라, 다시금 서방 의학계에서는 파지 테라피에 대한 관심이 나타났다. 연구는 아직도 진행 중인데, 영국의 Intralytix, Novolytics, 인도의 Gangagen와 같은 회사와 대학 그리고 미국과 유럽의 다양한 재단이 파지 테라피에 대해 연구하고 있다. 하지만 유전자 변형에 대한 문제 때문에 연구에 제한이 가해지는 것이 걸림돌이 되고 있다. 아직까지 파지 테라피가 실재적인 효용을 가지기에는 많은 연구가 필요한 단계이다.

박테리오신

박테리오신은 세균에 의해 생성되어 다른 세균에 작용하는 물질을 말한다. 저분자 항생제의 대체재로 각광받으며 특이적 수용체에 흡착함으로 작용한다. 1입자가 1개의 세균을 죽일정도의 높은 향균성을 지니기도 한다.

영양분 차단

영양분 차단은 항생제를 대체 할 수 있다. 철분 공급의 제한은 인체 내에서 세균의 급증을 막는 한가지 수단이다. 체내에서 철분을 빼내가는 메커니즘은 병원균 사이에서 거의 공통적이다. 이러한 것을 이용해서, 많은 연구진들이 철분을 제거하는 새로운 킬레이트제를 만들고 있다. 이 킬레이트는 다른 병원균들이 사용할 철분을 미리 없애버리는 것이다. 다만 균에만 작용하는 영양분 차단은 내성이 생길 수 있으며, 숙주 세포가 양분 부족으로 죽을 수도 있다는 리스크를 가지고 있다.

생균제

생균제(probiotics)는 항생제의 대체재로 살아있는 생균등을 섭취하여 병원균과 경쟁을 시켜 수를 줄일 수 있게 한다.

항생제의 독성

항생제는 몸 속 미생물의 번식 및 작용을 억제하는 역할을 하기 때문에 몸에 유익한 미생물과 해로운 미생물의 작용을 구분하지 않고 억제한다. 이와 같은 항생제의 작용은 수많은 미생물들과 공존하는 인체 또는 동물에게 악영향을 줄 수 있다. 실제로 최근 밝혀진 바에 따르면 항생제 투여가 대장에 사는 유익한 세균인 유산균을 죽이고, 해로운 대장균의 작용을 촉진하여 대장염 등의 장 질환을 유발한다는 결과도 있다.