항생제의 작용 - 1. 세균의 펩티도글리칸층, 베타락탐계 항생제, MRSA(메티실린 저항성 세균)
1. 세균의 펩티도글리칸층
세균에는 펩티도글리칸층이라는 것이 있는데, 이것은 N-acetylmuramic acid와 N-acetyl glucosamine이 중합한 구조입니다. 이것들이 선형으로 중합을 하고 있는데, 선형 구조물들 사이에는 펩티드 가교라는 것을 형성하고 있습니다. 아래 그림에서 살펴봅시다.
NAM(N-acetylmuramic acid)과 NAG(N-acetyl glucosamine)가 위와 같은 방식으로 펩티도글리칸층을 형성하고 있습니다. 그런데 NAM 사이에 peptide bridge라는 것을 형성하고 있는 것이 보입니다. 이것이 펩티드 가교이며 transpeptidase라는 효소에 의해서 가교가 형성됩니다.
2. 베타락탐계 항생제의 작용기전
베타락탐계 항생제는 페니실린, 세팔로스포린 등이 있습니다. 이들은 세균의 펩티드 가교 형성을 막아서 펩티도글리칸층을 파괴시켜서 세균을 사멸시킵니다. 자세히 살펴봅시다.
베타락탐계 항생제의 모양입니다. 베타락탐계 항생제라고 하면 위와 같이 사각형과 육각형의 고리를 가지고 있습니다.이 고리가 세균의 펩티드 가교 형성을 막게 됩니다.
세균의 펩티드 가교를 형성하는 것이 transpeptidase인데..
베타락탐계 항생제의 고리가 transpeptidase와 공유결합을 형성하여 펩티드 가교의 형성을 방해합니다.
따라서 펩티드 가교가 형성되지 않고, 세균의 펩티도글리칸 층이 약해지게 됩니다.
약해진 세균으로 결국 물이 들어차고, 세균은 사멸합니다.
3. 항생제에 내성이 있는 세균
위에서 베타락탐계 항생제가 어떻게 세균을 사멸시키는지 살펴봤습니다. 그런데 만약 이러한 베타락탐계 항생제가 작용하기 전에 이것을 분해시킬 수 있다면 어떻게 될까요? 세균이 내성을 갖게 될 것입니다. 따라서 베타락탐계 항생제를 분해할 수 있는 베타-lactamse라는 효소를 가지고 있는 세균은 항생제에 내성이 있습니다.
이를 보완하기 위해서 이러한 베타-lactamse에도 반응하지 않는 항생제가 나오는데, 이것이 바로 메티실린이라는 항생제입니다. 그런데 세균의 진화는 끝이 없네요. 이러한 메티실린에도 반응하지 않는 슈퍼 박테리아가 나옵니다. 그것이 바로 MRSA입니다.
4. MRSA(Methicillin resistant Staphylococcus aureus)
이름은 메티실린에 저항성을 가지는 세균이라고 되어 있지만, 사실 메티실린 뿐만 아니라 다른 베타락탐계 항생제에도 잘 반응하지 않습니다. 아까 transpeptidase가 항생제에 의해 펩티드 가교를 형성하지 못해서 세균이 사멸된다고 했는데, MRSA의 transpeptidase는 항생제와 친화력이 낮아서 항생제가 transpeptidase를 무력화시키지 못합니다. 따라서 세균이 정상적으로 펩티드 가교를 형성하고, 번식할 수 있는 것이죠. 이러한 MRSA를 사멸시키기 위해서는 반코마이신 등의 새로운 항생제가 필요합니다. 이에 대해서는 다음 글에서 설명하고자 합니다^^