미생물과 면역 4강. 항생제와 내성: 진화와의 군비경쟁
페니실린을 발견한 플레밍 자신이 노벨상 수상 연설에서 경고했습니다. 항생제를 함부로 쓰면 세균은 내성을 진화시킬 것이라고요. 인류는 그 경고를 알면서도 어겼습니다.
풀고 시작
곰팡이가 열어 준 문: 페니실린의 발견
1928년 런던 세인트메리 병원의 플레밍(Alexander Fleming)은 휴가에서 돌아와 포도상구균 배양 접시들을 정리하다 이상한 접시 하나를 발견했습니다. 푸른곰팡이가 오염으로 자라 있었는데, 곰팡이 주변만 세균이 녹아 사라져 있었던 겁니다. 곰팡이가 세균을 죽이는 물질을 분비한다고 판단한 그는 이를 페니실린(penicillin)이라 이름 붙였습니다. 그러나 플레밍은 이 물질을 정제하고 대량생산하는 데까지는 이르지 못했고, 그 일은 1940년 전후 옥스퍼드의 플로리(Howard Florey)와 체인(Ernst Chain) 팀이 해냈습니다. 2차 대전에서 페니실린은 수많은 부상병을 감염사로부터 구했고, 세 사람은 1945년 노벨 생리의학상을 공동 수상했죠. 주목할 것은 플레밍의 수상 연설입니다. 그는 너무 적은 용량에 노출된 세균이 내성을 갖게 될 수 있다고 공개적으로 경고했습니다. 항생제 시대가 열리는 바로 그 순간에, 그 시대의 종말 가능성이 함께 예고된 것입니다.
선택적 독성: 세균만 골라 죽이는 원리
독약이면 세균도 사람도 죽습니다. 그런데 항생제는 어떻게 세균만 죽일까요. 답은 선택적 독성, 곧 세균에는 있고 인간 세포에는 없는 표적을 노리기 때문입니다. 페니실린은 세균의 세포벽 합성을 방해합니다. 인간 세포에는 세포벽이 없으므로 사람은 안전하고, 세포벽을 완성하지 못한 세균은 터져 죽죠. 다른 계열은 세균의 리보솜을 표적합니다. 세균의 리보솜은 인간의 것과 구조가 달라 세균의 단백질 합성만 골라 막을 수 있습니다. 또 다른 계열은 세균의 DNA 복제 효소를 방해합니다. 1강에서 본 대로 바이러스에는 이런 표적 구조가 아예 없으므로 항생제는 바이러스에 원리적으로 무력합니다.
내성의 진화: 다윈이 병원에 온다
내성은 신비한 현상이 아니라 진화 과목에서 배운 변이와 선택의 교과서적 사례입니다. 세균은 20분에 한 번 분열할 만큼 세대가 짧고 개체 수가 막대하므로, 집단 안에는 항생제 표적 단백질이 조금 다른 개체, 항생제를 분해하는 효소를 가진 개체가 무작위 변이로 이미 존재합니다. 항생제가 투여되면 감수성 개체는 죽고 이 소수만 살아남아 며칠 만에 집단을 채우죠. 항생제는 내성을 만들지 않습니다. 내성 개체를 골라내는 선택압일 뿐입니다.
세균에게는 인간에게 없는 가속 장치도 있습니다. 수평적 유전자 전달입니다. 세균은 플라스미드라는 작은 DNA 고리를 접합으로 주고받는데, 내성 유전자가 여기 실리면 자손이 아닌 옆의 세균에게, 심지어 다른 종에게도 내성이 퍼집니다. 진화의 시계가 수직 유전보다 훨씬 빨리 도는 셈이죠.
오남용과 슈퍼박테리아, 그리고 서가를 닫으며
플레밍의 경고는 현실이 되었습니다. 바이러스성 감기에 항생제를 처방하고, 증상이 나아졌다고 복용을 중간에 끊어 낮은 농도에 노출된 생존자를 남기고, 가축의 성장 촉진을 위해 사료에 항생제를 섞는 관행이 수십 년 쌓였습니다. 그 결과가 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)을 비롯해 여러 계열의 항생제가 동시에 듣지 않는 다제내성균, 이른바 슈퍼박테리아입니다. 신약 개발 속도는 내성 진화 속도를 따라잡지 못하고 있죠. 이것은 개인의 위생 문제가 아니라 진화와의 군비경쟁이며, 처방 관리와 국제 공조가 필요한 공공의 문제입니다.
이 강으로 생물학 서가를 닫습니다. 생명이 무엇인지 물었고, 세포와 유전자와 진화를 지나, 뇌와 미생물과 면역까지 왔습니다. 관통하는 실은 하나입니다. 생명은 설계가 아니라 변이와 선택의 역사이며, 그 역사는 항생제 내성에서 보듯 지금 이 순간에도 진행 중입니다. 인간은 그 역사를 처음으로 이해하게 된 생물이고, 이해에는 책임이 따릅니다.
인출 문제
생각해볼 질문 (정답 없음)
- 항생제 내성은 개인이 아무리 조심해도 다른 나라의 오남용으로 무력화될 수 있는 전 지구적 공유지 문제입니다. 기후변화와 구조가 얼마나 닮았고, 해법의 성격은 어떻게 달라야 할까요.
- 생물학 서가 전체를 돌아볼 때, 변이와 선택이라는 하나의 논리가 종의 기원, 면역, 항생제 내성을 모두 설명했습니다. 하나의 원리가 이렇게 넓게 작동한다는 사실은 그 이론의 강점일까요, 아니면 반증하기 어렵다는 약점일까요.
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