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숨어 있는 전염병 항생제 내성 

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바이러스도 문제지만 박테리아가 항생제에 내성을 가지면서 더욱 위험해지고 있다.

세계보건기구 (WHO)가 이미 오래전에 슈퍼박테리아의 출현을 발표했고 최근 질병통제예방센터 (CDC)는 항생제 내성이 위기를 맞고 있다며 전 세계가 문제 해결에 나서야 한다고 촉구했다. 


2년 전 질병통제예방센터 (CDC)가 내놓은 보고서는 충격적인 예측을 담고 있다. 항생제 사용 관행을 근본적으로 바꾸지 않으면 약물 내성 병원체가 2050년까지 매년 전 세계적으로 700,000명을 사망에 이르게 할 것으로 추산했다. 박테리아가 기존 항생제로는 죽지 않기 때문에 박테리아로 인한 사망이 늘고 있다는 것이다. 


그런데 최근 보고서에 따르면 항생제 내성으로 인한 피해가 예상보다 훨씬 빠르게 악화되고 있다.

지난달 글로벌 항생제 내성 연구 (GRAM: Global Research on Antimicrobial Resistance) 프로젝트 보고서에 따르면 2019년에 약 127만 명이 직접적인 항균 내성 (AMR: antimicrobial resistance)으로 인해 사망했다. 이는 표준으로 감염을 치료할 수 있었다면 환자가 사망하지 않았을 경우를 의미한다. 


항생제 내성 감염이 확인된 환자가 사망했지만 직접적인 사망 원인이 명확하지 않은 약물 내성 감염과 관련된 사망자도 포함하면 총 사망자 수는 495만 명으로 증가한다. 이 보고서에는 2019년 204개 국가와 지역의 23개 병원체 그리고 88개 병원체-약물 조합에 대한 데이터가 포함되어 있다. 


 항균 내성으로 사망하는 수는 후천성면역결핍증 (HIV/AIDS)의 사망자 864,000명과 말라리아의 사망자 643,000명을 넘어선다. HIV 연구는 연간 500억 달러에 가까운 자금 지원을 받고 있지만 항균 내성 (AMR)을 해결하기 위한 전 세계 지출은 이보다 훨씬 낮다.


항생제는 일반적인 세균으로 인한 사망률을 크게 줄이는 동시에 주요 수술의 안전성과 외상 회복률을 크게 향상시켰다. 항생제는 1세기 전에 발견된 이후로 인간의 평균 수명을 20년 이상 연장했다고 추정한다.


그러나 인간 환자나 가축 모두 항생제를 남용하면 박테리아가 약물에 적응하게 되어 시간이 지남에 따라 효과가 떨어지게 된다. 


약물 사용을 신중하게 하고 새로운 종류의 항생제 개발을 통해 저항의 속도가 멈추지 않는다면 일반적인 감염과 외과적 합병증으로 인한 사망이 급증하게 될 것이다. 사소한 외과 수술은 잠재적으로 세균을 막지 못하는 치명적인 수단이 될 수 있다.


항생제 내성이란 

항생제는 환자의 세포에 직접적인 해를 끼치지 않으면서 질병을 유발하는 박테리아를 죽이거나 번식을 방지하는 약물이다. 


현대적 개념의 최초의 항생제는 페니실린(pennicillin)이다. 알렉산더 플레밍은 푸른 곰팡이로 불리는 페니실룸 노타툼 (Penicillium notatum)과 페니실룸 크리소제눔 (Penicillium chrysogenum)가 페니실린을 생산하는 것을 발견했다. 


이후 옥스포드 대학 부속병원에서 세계 최초로 페니실린의 임상 실험에 성공했다. 이후 페니실린을 화학적 합성물질로 바꾸어 세균 감염의 치료에 사용하는 항생제로 만들었다. 


1940~50년대 황색 포도알균(Staphylococcus aureus)이 가장 흔한 세균 감염의 원인이었고 대부분 페니실린으로 치료가 되었다. 그러나 페니실린이 사용되고 얼마 지나지 않아 페니실린에 죽지 않는 내성 포도알균이 등장했다. 


천연 곰팡이에서 추출되었던 페니실린이 인공화합물질로 변하면서 거의 모든 항생제에 대해 내성을 가진 포도알균이 계속 나타났다. 각각의 항생제는 화학적 구조와 세균에 작용하는 기전이 다르다. 따라서 항생제에 내성을 나타내는 세균의 종류와 내성을 나타내는 범위도 다양해지고 있다. 


저항이라는 뜻의 anti와 살아있는 것을 뜻하는 bio를 결합한 항생제 (antibiotics)와 좀 더 광범위한 의미의 항균제 (antimicrobials)라는 용어가 함께 사용되고 있다. 


항생물질이란 모든 생물을 죽이거나 성장을 억제시키는 물질을 일컫는데 이런 물질로 만든 약을 항생제라고 한다. 


예를 들어 세균을 죽이면 항세균제, 바이러스를 죽이면 항바이러스제, 곰팡이를 죽이면 항진균제라고 부른다. 일반적으로는 세균을 죽이는 항세균제를 항생제라고 일컫는다. 처음에는 곰팡이 또는 토양 미생물이 자연적으로 만들어 낸 것을 이용했으나, 현재는 실험실에서 구조를 약간 바꾼 반합성, 또는 완전히 새로운 합성 항생제가 사용되고 있다. 


그러나 세균의 빠르게 번식하는 능력과 유전 코드를 직접 교환하는 능력으로 인해 박테리아 병원체는 훨씬 빠르게 진화한다. 예를 들어, 포도상구균은 인간의 코에 서식할 때 2시간마다 두 배로 증가할 수 있다.

 

항생제에 대한 내성을 전달하는 돌연변이가 발생하면 내성 병원체의 대규모 개체군이 빠르게 생성될 수 있으며, 그 후 병원체의 다른 계통이 서로 접촉하게 되면 돌연변이가 공유될 수 있다. 


주어진 병원체가 존재하는 동안 환자가 항생제로 치료받을 때마다 새로운 내성 돌연변이가 출현하고 있다. 미국에서 판매되는 항생제의 2/3는 가축의 질병 예방과 빠른 성장을 위한 물질이다. 당연히 가축에 사용하는 항생제에도 내성을 가진 박테리아가 존재한다.


메티실린 내성 황색 포도구균 (MRSA)은 항생제 메티실린이 도입된 지 불과 1년 후인 1961년에 처음 기록되었다. MRSA는 병원체가 페니실린과 세팔로스포린 두 가지 주요 항생제에 내성을 갖는다. 수십 년 동안 대부분의 MRSA 감염은 병원이나 기타 의료 시설에서 관찰되었다. 그러다가 2000년대 초반에는 병원 확산이 감소함에도 불구하고 지역사회 감염 사례가 증가했다. 


2019년에 메티실린 내성 황색 포도구균 (MRSA)는 100,000명 이상의 사망을 초래했다.

내성은 인공 화합 항생제 사용의 불가피한 결과다. 기대할 수 있는 최선은 내성을 지연시키고 결과를 완화하면서 박테리아가 아직 내성을 보이지 않은 새로운 천연 항생제 개발을 위한 시간을 버는 것뿐이다.


항생제 내성을 이겨내려면

항생제 내성의 진화 속도를 늦추는 세 가지 방법, 즉 보다 선별적인 항생제 사용, 보다 엄격한 감염 통제 조치, 새로운 치료법에 대한 신속한 투자가 필요하다.

의학에서 항생제 사용에 대한 모범 사례는 확립되어 있지만 항상 지켜지는 것은 아니다.


항생제는 박테리아 감염에 대해서만 효과가 있다. 즉, 인플루엔자와 같은 바이러스성 질병에는 아무 효과가 없고 확인된 박테리아 감염에 의학적으로 필요한 경우에만 투여해야 한다. 그럼에도 불구하고 2016년 연구에 따르면 병원 방문에서 불필요한 항생제 처방을 30%나 과다 남용하고 있는 것으로 추정한다.


 치료는 항상 가장 좁은 범위의 항생제로 시작해야 하며 나중에 심각한 치료를 위해 항생제 처방을 미뤄야 한다. 넓은 범위의 항생제는 가장 아픈 환자에게 효과적일 수 있도록 비축해 두고 내성이 덜 확립된 최신 약물이다. 치료가 시작되면 환자가 전체 과정을 완료하는 것이 중요하다. 


불완전한 치료는 내성을 위해 선택된 질병 병원체의 생존 개체군을 초래하고, 이는 다른 사람들을 감염시키고 퍼진다.


 농업에서 항생제 사용을 줄이는 것도 필수적이다. 농장 동물의 성장 속도를 증가시키기 위해 주어진 저용량의 장기간 요법은 병원체가 내성 균주를 진화시키는 이상적인 조건을 생성한다. 이 때 이런 병원체는 사람에게 영향을 미치기 위해 퍼질 수 있다. 


덴마크는 질병 예방과 빠른 체중 증가를 목적으로 건강한 동물에 대한 비치료적 항생제 사용을 대폭 제한하고 있다. 하지만 미국은 아직 이 수준에 이르지 못하고 있다.


병원 내 감염 전파를 방지하는 것도 내성 박테리아로 인한 사망자를 최소화하기 위한 필수 조치다. 

병원 획득 감염은 미국에서만 연간 650,000 건으로 추산되는 주요 박테리아 감염 경로이며 약물 내성 병원체는 치료하기가 훨씬 어렵기 때문에 격리 조치를 유지하고 보호 장비를 적절하게 사용하는 것이 중요하다. 


한 가지 합병증은 환자가 질병에 걸리지 않고 무의식적으로 내성 박테리아를 퍼뜨리는 무증상 보균자가 될 수 있다는 점이다. 


미국 병원은 종종 새로 입원한 모든 환자에게 가장 흔한 지역사회 전염 항생제 내성 병원균인 메티실린 내성 황색 포도구균 (MRSA)와 반코마이신 내성 장구균 (VRE)을 검사해 보균자를 중증 질환 위험이 있는 환자로부터 격리한다. 이는 내성 박테리아의 확산을 추적하고 늦추기 위해 신뢰할 수 있는 테스트와 데이터 수집이 필수적임을 의미한다. 


그런데 저소득 국가에서는 환자를 안정적으로 테스트하고 선별할 수 있는 자원이 부족하고 위생용품도 부족하다. 이런 실패는 부유한 국가에게도 중요하다. 세계화된 세계는 어디에서나 새로운 내성 병원균이 다른 곳에서도 위험을 초래할 수 있음을 의미한다.


이런 통제 조치는 제약 연구 회사가 병원체가 내성을 갖게 됨에 따라 기존 치료법을 대체할 차세대 항생제 개발에 투자할 시간을 벌 수 있다. 


그러나 새로운 항생제에 대한 진전은 매우 느리다. 기존 약물을 단순히 수정하는 것이 아니라 진정으로 새로운 방식이 약물 내성 병원체를 막는 데 가장 필요한 방법이다. 1980년대 후반에 완전히 독창적인 종류의 마지막 항생제인 리포펩티드가 발견된 후 새로운 시도는 없었다. 


화학 합성물질로 인해 내성이 생긴 것으로 간주하고 원래 페니실린을 보유했던 푸른 곰팡이처럼 천연 항생제 개발이 무엇보다 시급하다. 


제약 회사는 특히 이익 기회가 제한적일 때 새로운 항생제 승인과 관련된 과학적, 규제 그리고 재정적 문제를 극복하려는 동기가 희박하다. 


효과적이고 무독성인 새로운 항생제를 성공적으로 개발하는 것은 길고 복잡한 과정이다. 2014년 이후 테스트 중인 약물의 절반 이상이 승인 단계에 도달하기 전에 중단되었다. 2017년 추정에 따르면 성공적인 단일 항생제는 시장에 출시하는 데 15억 달러가 소요되는 반면 약품당 예상 연간 수익은 연간 5,000만 달러 미만이다. 


또한 가장 강력한 항생제는 최대한 비축하고 급성 감염에 대한 단기 치료제로만 처방되기 때문에 고혈압이나 제2형 당뇨병과 같은 만성 질환 치료제보다 수입이 훨씬 적다.


항생제 내성 연구자는 항생제는 가능하면 적게 팔고자 개발된 약품이라고 말한다. 이상적인 항생제는 수십 년 동안 선반 위에 놓여 있으면서 필요할 때를 기다릴 때 가장 놀라운 항생제가 된다. 


공중 보건에는 좋지만 제약회사는 당연히 엄청난 재앙으로 여긴다. 정부와 기타 자금 투자자는 제약회사에 대한 재정적 인센티브를 구현하거나, 학술 연구에 자금을 지원하거나, 현재 규제 조치에 대한 변경을 통해 대응해야 한다.


2019~2020년 사이 동물성 항생제 사용이 3% 감소했고 EU는 최근 건강한 동물에 대한 항생제 투여를 금지했다. 

항균제 내성은 Covid-19보다 눈에 띄지 않게 뒤로 물러나 있지만 위기 지점에 도달하는 상황에 대비해야 한다.



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