테트라사이클린

항생제의 일종으로 광범위 항생제(broad-spectrum agents)의 특성을 나타내며, 그 활성 효능이 그람음성균과 그람양성균을 포괄하여 광범위한 것이 특징이다¹⁾. 테트라사이클린 계열 항생제의 광범위한 감염균에 대한 활성과 아울러 미미한 수준의 부작용은 이 계열 항생제의 장점이다. 이러한 장점은 동물이나 인체의 감염 치료제로서 테트라사이클린 계열 항생제의 폭넓은 사용을 가능하게 하였다¹⁾.  

테트라사이클린 계열로 광범위하게 활용되고 있는 oxytetracycline 약제 (출처: gettyimagesEDGE 129376640)

목차

테트라사이클린(tetracyclins) 계열의 항생제는 다양한 항생제들을 포괄하는 항생제이다. 테트라사이클린 계열 항생제는 1945년 American Cyanamid라는 회사 소속의 미국 식물생리학자 Benjamin Minge Duggar에 의하여 토양미생물인 Streptomyces aureofaciens으로부터 chlortetracycline (Aureomycin)이 처음 발견 됨으로써 시작되었다²⁾. 그리고 몇 년 후에 화이자 회사(Pfizer Co.)의 연구진이 토양 박테리아인 Streptomyces rimosus로부터 Aureomycin과 유사한 테트라사이클린 계열의 옥시테트라사이클린(Oxytetracycline 또는 Terramycin)을 발견하였다. 그 후 1952년, Aureomycin과 Terramycin의 구조가 매우 유사한 기본 구조(DCBA naphthacene core)로 되어 있음을 화이자(Pfizer) 회사와 하버드대학 Robert Woodward의 공동 연구로 규명되었으며, 이 기본 구조를 바탕으로 테트라사이클린 계열(Tetracyclines)이라고 명명되었다²⁾. 1950년대 중반에 화이자(Pfizer) 회사 소속 Lloyd Conover는 Aureomycin의 염소를 치환하여 더 효과적이고 활성이 있는 항생제를 개발하고, 테트라사이클린(Tetracycline)이라고 명명하였다. 이 세 가지 항생물질(Aureomycine, Terramycin, 그리고 Tetracycline)은 ‘1 세대 테트라사이클린 계열’ 항생제라고 할 수 있으며, 수 많은 인명을 살리는데 획기적인 기여를 하였다. ‘1 세대 테트라사이클린 항생제’의 발굴 이후에도 다양한 종류의 테트라사이클린 계열의 항생제들이 지속적으로 개발되어 시판되었다²⁾.

테트라사이클린 항생제를 처음 발견한 Benjamin Minge Duggar (출처: GettyImages-514973886)

테트라사이클린 계열 항생제는 광범위 항생제(broad-spectrum agents)로서 그람음성균과 그람양성균을 포괄하는 다양한 감염 미생물들의 생육을 억제하는 항생제 효능을 나타낸다¹⁾. 테트라사이클린 항생제의 항생 기작은 세균의 아미노산을 부착한 ‘운반 RNA(tRNA)’인 ‘aminoacyl-tRNA가 mRNA-ribosome 복합체의 A site에 접근하는 것을 저해하여 세균의 단백질 합성을 억제하는 데에서 찾을 수 있다¹⁾. 테트라사이클린 계열의 항생제는 특히 원핵생물인 세균에만 존재하는 30S 리보좀 소 단위체(30S ribosomal subunit)에 보다 특이적으로 잘 결합하여 세균의 생장을 저해하게 된다¹⁾.

테트라사이클린 계열의 항생제는 기본적으로 탄소결합에 의하여 연결된 4개의 육각 탄화수소 고리(DCBA naphthacene core)를 기본 구조로 하며, 여기에 하이드록실기(OH), 아민기(N(CH₃)₃), 카르보닐기(C=O)가 외부의 극성 작용기로 나타난다^{1) 3]}. 극성 작용기는 친수성을 부여하는 반면, 기본 육각 탄화수소 구조는 친지질성을 부여하여 친수성과 친지질성을 동시에 나타낸다. 이러한 테트라사이클린을 기본 구조로 외부 극성 작용기가 치환된 다양한 테트라사이클린계 항생제가 개발되어 시판되어 왔다³⁾. 제 1세대 테트라사이클린으로 처음 발견된 Chlortetracycline (Aureomycin)과 옥시테트라사이클린(Oxytetracycline 또는 Terramycin)도 결국은 이러한 테트라사이클린 기본 구조에다가 극성 작용기가 각각 염소와 하이드록실기(OH)로 치환된 형태라고 하겠다³⁾.

테트라사이클린 계열 항생제의 화학적 구조 (출처: gettyimagesEDGE 147216675)

테트라사이클린계 항생제는 ‘광범위 항생제(broad-spectrum agents)’ 로서의 장점으로 보편화된 항생 치료제로서 각광을 받아왔다. 테트라사이클린계 항생제는 인체용과 동물용의 용도로 연간 20,000톤 이상 활용되고 있으며, 이 중 절반이 동물 항생제로 사용되고 있다³⁾. 인체 사용 테트라사이클린계 항생제 사용에 비하여, 가축이나 동물용 테트라사이클린계 항생제의 사용은 전 세계적으로 꾸준히 증가 추세이다. 국내의 경우도 테트라사이클린계 항생제는 가축이나 동물용으로 2009년 한 해 동안만 년간 288톤 사용하여, 동물용 항생제 분야의 순위에서 페니실린계(penicillins)의 두 배 상당에 해당한다고 보고되었다³⁾. 문제는 동물용으로 사용되는 테트라사이클린계 항생제의 대부분(50~80%)이 동물 체내에서 대사되지 않고 분뇨로 배설되어 잔류하여 환경문제를 초래할 수 있다는 점이다. 또한, 이러한 빈번한 다량의 테트라사이클린계 항생제 남용은 결국 테트라사이클린계 내성 박테리아의 출현을 유발할 수 있다. 2009년 도축한 가축들에서 테트라사이클린 내성 박테리아의 검출이 확연히 증가하였다는 점에서 이러한 문제점의 심각성을 알 수 있다. 가축 분뇨를 거쳐서 환경에 배출된 테트라사이클린계 항생제는 궁극적으로 인체의 노출을 초래하여 구토나 통증, 설사 등을 유발한다. 이러한 심각성 때문에 축산 폐수에서의 테트라사이클린계 항생제를 검출하고 모니터링하며, 나아가서 체계적인 관리 시스템을 확립하려는 노력이 필요할 것으로 판단된다⁴⁾.

가축 사용시 남용되는 항생제 (출처: gettyimagesEDGE 525223817)

최윤이/고려대학교

이창로/명지대학교

1. Chopra, I. and Roberts, M. 2001. Tetracycline antibiotics: Mode of action, applications, molecular biology, and epidemiology of bacterial resistance. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 65, 232-260.
2. Nelson, M.N. and Levy, S.B. 2011. The history of the tetracyclines. Ann. New York Acad. Sci. 1241, 17-32.
3. 황승률, 강영렬, 박진수, 구소현, 김일규, 신선경, 석광설. 2010. 환경 중 잔류의약물질 대사체 분석방법 확립에 관한 연구(II)-테트라사이클린계 항생제, 국립환경과학원(NIER NO. 2010-85-1260).
4. 김일규, 박유미, 김상민, 심기태, 정인영, 석광설, 황승률. 2016. LC/MS/MS를 이용한 축산 밀집지역 하천에서 테트라사이클린계 항생제 및 대사체 분석 연구. 한국환경분석학회지 19, 199-208.