솔직히 저는 항생제를 그냥 "열심히 먹으면 빨리 낫는 약" 정도로만 알고 있었습니다. 중이염이 생기면 병원에서 처방해 주는 대로 받아먹고, 편도염이 심하면 또 처방받고. 그게 왜 위험할 수 있는지는 단 한 번도 진지하게 생각해 본 적이 없었습니다. 그런데 항생제가 세균끼리의 생존 전쟁에서 비롯된 생화학 무기라는 설명을 처음 들었을 때, 뭔가 단단히 잘못 알고 있었다는 생각이 들었습니다.
항생제는 원래 세균이 먼저 만든 무기였다
일반적으로 항생제는 인간이 세균을 죽이기 위해 개발한 약이라고 알려져 있습니다. 제 경험상 저도 그렇게만 알고 있었고, 아마 대부분이 비슷할 겁니다. 그런데 실제로는 다릅니다.
항생 물질(antibiotic substance)이란 원래 흙 속의 미생물들이 자원 경쟁에서 살아남기 위해 스스로 만들어 낸 화학 무기입니다. 쉽게 말해 세균이 먼저 개발한 독이고, 인간은 그걸 발견해서 약의 형태로 다듬은 것입니다. 흙냄새를 만드는 방선균이 대표적인 예인데, 이 세균이 토양 환경에서 다른 세균들을 죽이며 영역을 확장하는 물질이 바로 스트렙토마이신(streptomycin)의 원료가 되었습니다. 스트렙토마이신은 결핵을 최초로 치료한 항생제로 알려져 있습니다.
페니실린(penicillin) 역시 마찬가지입니다. 1928년 알렉산더 플레밍이 휴가를 다녀왔다가 세균 배양접시에 핀 푸른곰팡이 주변의 세균이 죽어 있는 것을 발견하면서 역사가 시작되었습니다. 이 페니실린의 핵심 구조는 베타락탐(beta-lactam) 고리입니다. 베타락탐이란 사각형 모양의 불안정한 화학 고리 구조로, 세균의 세포벽을 구성하는 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 만드는 효소에 달라붙어 세포벽 합성을 막아버립니다. 세포벽이 무너지면 세균은 안쪽 내용물이 밖으로 새어 나와 사멸합니다. 이 공격이 인간에게 무해한 이유는, 인간 세포에는 그 세포벽 구조 자체가 없기 때문입니다.
항생제가 공격하는 또 하나의 표적은 리보솜(ribosome)입니다. 리보솜이란 세포 내 단백질 공장으로, 유전 정보를 읽어 단백질을 합성하는 기관입니다. 세균의 리보솜은 인간의 것과 크기가 달라서, 일부 항생제는 세균의 리보솜만 선택적으로 공격합니다. 이처럼 항생제는 세균에게만 있거나, 세균과 인간 사이에 충분히 다른 구조를 정밀하게 겨냥하도록 설계되어 있습니다.
페니실린을 처음 대량 생산한 곳이 지금 우리가 아는 화이자(Pfizer)라는 사실도 이번에 처음 제대로 알았습니다. 원래 발효 기술을 가진 회사였던 화이자가 2차 세계대전 당시 미군의 수요에 맞춰 페니실린 대량 생산에 성공하면서 제약 회사로 전환했다는 역사는, 과학과 산업이 전쟁 속에서 어떻게 맞물리는지를 잘 보여주는 사례입니다.
세균은 어떻게 내성을 서로에게 퍼뜨리는가
항생제 내성(antibiotic resistance)이란 세균이 항생제에 의해 죽지 않도록 진화한 상태를 말합니다. 제가 처음 이 개념을 접했을 때는 "많이 먹으면 내성이 생긴다"는 정도로만 이해하고 있었는데, 실제 작동 방식은 훨씬 복잡하고 솔직히 이건 예상 밖이었습니다.
내성이 생기는 방식은 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 항생제가 공격하는 표적 단백질의 구조가 돌연변이로 바뀌어 항생제가 더 이상 인식하지 못하게 되는 경우입니다. 두 번째는 세균이 항생제 자체를 분해하는 효소를 만들어 내는 경우입니다.
더 충격적인 것은 이 내성이 자손에게만 전달되는 것이 아니라는 점입니다. 세균들은 수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer)이라는 방식으로 옆의 다른 세균에게 내성 유전자를 직접 넘겨줄 수 있습니다. 수평적 유전자 전달이란 부모에서 자식으로 내려가는 수직 전달과 달리, 살아있는 개체들 사이에서 유전 정보가 수평으로 공유되는 현상입니다. 플라스미드(plasmid)라는 작은 고리형 DNA 조각이 세균 간 접합을 통해 직접 이동하거나, 박테리오파지(bacteriophage)라는 세균 전용 바이러스가 내성 유전자를 다른 세균에게 옮기기도 합니다.
제가 이 부분에서 가장 크게 흔들렸습니다. 내 장 속에서 항생제를 남용하다가 생긴 내성 유전자가, 장내 미생물 군집 전체로 퍼지고, 분변을 통해 하수도로 빠져나가 환경으로 확산될 수 있다는 이야기는 단순히 "내가 내성이 생겼다"는 문제가 아니었습니다. 공중보건 차원의 이슈였습니다.
항생제를 올바르게 복용해야 하는 이유를 정리하면 다음과 같습니다.
- 처방된 용량과 횟수를 정확히 지켜야 체내에서 유효 농도가 유지되고 내성 출현 가능성을 낮출 수 있습니다.
- 임의로 복용을 중단하면 살아남은 세균이 내성을 획득할 환경을 만들어 줍니다.
- 알약을 함부로 쪼개거나 공복·식후 지침을 무시하면 약효가 달라지거나 흡수율에 영향을 줄 수 있습니다.
세계보건기구(WHO)는 항생제 내성을 인류 건강을 위협하는 10대 위기 중 하나로 규정하고 있으며, 현재 추세가 지속될 경우 2050년에는 매년 약 1,000만 명이 항생제 내성균으로 사망할 수 있다고 경고한 바 있습니다(출처: 세계보건기구(WHO)). 3초에 한 명꼴로 사람이 죽는다는 계산이 나옵니다. 항생제가 개발되기 이전 시대로 돌아갈 수 있다는 경고가 단순한 과장이 아닌 이유입니다.
슈퍼박테리아 시대, 우리가 실제로 할 수 있는 일
슈퍼박테리아(superbacteria)란 거의 모든 계열의 항생제에 내성을 획득해 기존 치료제로는 제어가 불가능한 세균을 가리킵니다. 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)이 대표적인 예로, 페니실린 계열은 물론 2세대 항생제인 메티실린(methicillin)에도 끄떡없는 세균입니다. 이런 슈퍼박테리아가 진화하기 가장 좋은 환경이 병원이라는 점은 아이러니합니다. 항생제를 가장 많이 사용하는 곳이면서, 동시에 면역력이 취약한 환자들이 모여드는 곳이기 때문입니다.
제 경험상 항생제는 의사가 처방해 주면 그냥 먹는 것이라고 생각했습니다. 하지만 장내 미생물 균형이 항생제로 무너지면 설사나 구토 같은 단기 증상을 넘어 장기적으로 체질이 바뀔 수 있다는 이야기는 다시 생각하게 만들었습니다. 실제로 항생제 복용 후 장내 유익균이 사멸하고 클로스트리디오이데스 디피실리(Clostridioides difficile) 같은 내성균이 과증식해 심각한 감염을 일으키는 사례가 병원에서 보고되고 있으며, 건강한 사람의 대변에서 장내 미생물을 이식하는 분변 미생물 이식술(FMT)이 이를 치료하는 방법으로 임상에서 성과를 내고 있습니다(출처: 질병관리청).
새로운 접근법도 주목받고 있습니다. 박테리오파지 치료법은 세균을 잡아먹는 바이러스를 이용해 특정 세균만 선택적으로 제거하는 방식입니다. 세균보다 바이러스가 더 빠르게 진화하는 특성을 이용하면, 항생제 내성이라는 한계를 우회할 수 있다는 점에서 연구자들이 주목하고 있는 전략입니다.
항생제 내성을 분해하는 효소를 개발하거나, 인체와 동물에서 추출한 항균 펩타이드(antimicrobial peptide)를 인공지능으로 최적화해 신약을 설계하는 연구도 진행 중입니다.
결국 지금 당장 제가 할 수 있는 일은 단순합니다. 꼭 필요한 상황에만 항생제를 사용하고, 처방받으면 정해진 기간과 용량을 반드시 지키는 것입니다. 이것이 세균과의 싸움에서 인류가 진지게 걸리지 않기 위한 가장 기본적인 방어선입니다. 눈에 보이지 않는 전쟁이라 실감이 잘 나지 않지만, 무관심이 가장 위험한 선택이라는 것은 이제 분명히 알게 되었습니다.
이 글은 개인적인 경험과 의견을 공유한 것이며, 전문적인 의학 조언이 아닙니다. 항생제 복용과 관련한 결정은 반드시 의사 또는 약사와 상담하시기 바랍니다.
참고: [취미는 과학/ 확장판] 12화 항생제, 인간은 패배하고 있는가? (feat. 장홍제 교수) :
https://www.youtube.com/watch?v=ottuoO-owtk&list=PLkKcqR2KGxgzqeKZo1Rx93kJFokuVkpye&index=79