[화학공학] 최초의 항생제, 페니실린에 대하여

페니실린이 없던 불과 수백년 전만 해도 태어난 아기들 10명 중 3명, 그리고 그중에 절반은 10살이 되기 전에 천연두, 홍역, 콜레라, 폐렴, 패혈증 같은 질병으로 살망하였습니다. 그러던 중 페니실린이 세상에 등장하면서 많은 생명을 구할 수 있었습니다.

 

페니실린은 1928년 알렉산더 플레밍에 의해서 발견되었다. 페니실린이 발견되기 이전에는 질병의 원인이 되는 미생물이나, 병원균을 죽이기 위한 항생제를 찾기도 어려웠고, 치료제를 찾는다 하더라도 부작용이 매우 크거나 효과가 매우 적었습니다.

 

페니실린 이전의 항생제들은 병원균만 죽이는 것이 아니라, 인간에게도 해로웠기 때문에 항상 문제가 되었습니다. 하지만 플레밍이 발견한 페니실린은 기존의 항생물질에 비해 부작용이 거의 없고 효과도 뛰어났기 때문에 진정한 의미의 항생제라고 할 수 있습니다.

 

 

페니실린이란?

페니실린은 페니실리움 속에 속하는 곰팡이에서 얻은 화학물질로 세균성 전염병을 치료하는 항생제. 박테리아가 자라는 배지에 페니실리움 곰팡이가 오염되었을 경우 이 곰팡이 주변에는 박테리아가 자라지 않는 현상을 관찰하였다. 그 이유는 곰팡이가 어떤 물질을 분비하고 그 물질에 의해 박테리아가 용균되어 자라지 못한다고 결론내리면서 이것을 페니실린이라고 명명했다.

 

1. 푸른 곰팡이 생성 -> 음식물을 일부러 상하게 상온에 방치한다.

2. 탄수화물 공급 -> 먹고 살 수 있도록 탄수화물을 공급한다. (옥수수침전액 or 유당으로 만든 배양액)

3. 증식 -> 상한 음식물의 푸른 곰팡이를 배양액으로 옮겨 증식시킨다. (1~2주)

4. 세균 채취 -> 환자의 병소로부터 균을 채취하여 배지에 배양한다.

5. 여과 -> 3의 배양액을 깔대기에 통과시켜 여과한다.

6. 야채유 투여 -> 5의 여과액에 야채유를 투여하여 균주체 형성과 항생물질 생산성을 높인다.

7. 분리 -> 페니실린은 수용성이므로 6의 결과물에서 기름층은 버리고 물층만 분리한다.

8. 숯과 혼합 -> 7에서 분리된 물층(수용액)을 열탕 소독한 숯과 혼합하여 페니실린이 숯에 흡착되도록 한다.

9. 불순물 거르기 -> 숯에 흡착된 페니실린을 열탕한 증류수에 거른다.

10. 산성수(식초물) 투여 -> 페니실린은 약산성이므로 그대로 남고 알칼리성 불순물이 제거된다.

11. 알칼리수(중소 혼합물) 투여 -> 약산성인 페니실린이 녹아나와서 순도높은 페니실린 용액이 만들어 진다.

12. 세균 배양 -> 우뭇가사리로 만든 배지에 환자에게서 채취한 균을 배양시킨다.

13. 감수성 테스트 -> 배양된 세균에 페니실린 용액을 떨어뜨려 효과가 있는지 확인한다. 14. 결과를 확인하고, 해당 균에 감수성이 있는 적정한 농도의 페니실린 수용액을 찾아낸다.

 

페니실린 작용기전

가장 오래되고 널리 이용되는 항생제 중 하나인 이 약물은 세균막을 둘러싼 망상조직으로서 세포의 형태와 상태 유지에 핵심적인 세포벽을 구축하는 효소를 공격한다. 이 세포벽이 파괴되면 세균은 죽게 되며 이로써 우리는 감염으로부터 보호를 받게 된다.

 

→ 세포벽의 조립은 글라이칸 이라 불리는 당들이 결합한 가닥이 합성되고 이들이 교차 결합하여 기질을 확대하게 된다. 베타-락탐 항생제들은 교차 결합을 구축하는 효소를 차단함으로써 세포벽을 약화시킨다. 그 결과로 세포벽이 단단하게 결합하지 못하면 세균의 세포는 터져서 사멸하게 된다.

 

페니실린의 효과  

페니실린은 매독, 뇌막염, 폐렴과 같은 그램양성 세균성 질병을 치료하는 데에는 효과가 있다. 그러나 임질을 일으키는 세균을 제외한 대부분의 그램 음성균에는 효과가 없다.

 

그러나 암피실린과 아목시실린과 같은 항생제는 그램 양성 세균 뿐만 아니라 그램음성균으로 인한 질병을 치료하는 데 효과가 있어 사용범위가 넓다.

 

그람 음성균한테 페니실린이 잘 먹혀들지 않는 이유는 또 있다. 웬만한 그람음성균은 페니실린을 부수는 효소를 만들어낸다. 이 효소를 베타-락타마아제라고 한다. 페니실린 구조의 핵심이라 할 수 있는 사각링 부분을 부숴버려서 못쓰게 만들어버린다.

 

사람들은 페니실린의 구조를 조금씩 바꿔가면서 테스트해보기를 반복했다. 결국 기존의 페니실린이 먹혀들지 않던 종류의 박테리아도 죽일 수 있는 물질(암피실린ampicillin 등)을 개발했다.

 

그리고 베타-락타마아제로부터 공격을 덜 받는 물질(메티실린methicillin 등), 안정성이 높아서 먹는 약으로 쓸 수 있는 물질(페니실린 V 등)을 찾아냈다. '실린'(-cillin)이라는 이름의 약은 다 페니실린에서 유래한 것이다.

 

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