알렉산더 플레밍

스코틀랜드 태생의 미생물학자이자 생명공학자로, 세균의 세포벽을 가수분해하는 효소 라이소자임(lysozyme)과 항생제인 페니실린(penicillin)을 푸른곰팡이(Penicillium notatum, 현재는 Penicillium chrysogenum)로부터 발견하였다. 페니실린은 최초의 항생제로 많은 사람의 생명을 구했으며 오늘날에도 널리 사용되고 있다. 플레밍은 이와 같은 업적을 인정받아 1945년에 노벨 생리의학상을 수상하였다(그림 1).

그림 1. 알렉산더 플레밍 (출처: GettyImages-515335432)

목차

1881년 8월 6일 스코틀랜드의 다벨(당시 로흐필드)에서 태어났다. 알렉산더 플레밍은 14세에 런던으로 거처를 옮겨 학업을 이어 가다 런던 대학교 소속 세인트 메리 병원 의과대학(현 임페리얼 칼리지 런던)에 진학하여 의사로서의 진로를 택한다. 제 1차 세계대전이 발발하고 플레밍은 육군 의료 봉사단에서 복무하게 된다. 야전병원에서 복무하는 동안, 부상병들이 세균 감염으로 인한 패혈증으로 죽어가는 것을 보았고 종전 후 플레밍은 세인트 메리 병원으로 복귀하여 세균 감염에 대해 연구한다. 1922년에 플레밍은 라이소자임이라는 세균의 세포벽을 가수분해하는 효소를 발견하고 뒤이어 1929년에는 실험실의 포도상구균 배양 배지에 자란 푸른곰팡이에서 세균의 생장을 억제하는 항생물질인 페니실린을 발견한다. 이후 옥스포드 대학의 하워드 플로리(Howard Florey)와 언스트 체인(Ernst Chain)이 페니실린의 대량생산에 성공하여 2차 세계 대전에서 수많은 사람의 목숨을 구한다. 플레밍은 플로리와 체인과 함께 1945년 노벨 생리의학상을 수상하고 세인트 메리 병원에서 지속적인 연구를 하였다. 1955년 심근경색으로 사망하여 런던의 세인트 폴 대성당에 안치되었다. 

1922년 플레밍은 세균을 분해하는 라이소자임이라는 효소를 발견했다는 논문을 발표한다.¹⁾ 플레밍은 배양하던 세균에 자신의 콧물을 접종한 뒤 관찰하였을 때 세균이 반투명하게 분해되는 것을 발견하였다. 라이소자임은 사람이나 동물의 조직과 분비물에서 발견되는데 세균의 세포벽을 구성하는 물질인 펩티도글리칸(Peptidoglycan)을 가수분해한다. 라이소자임은 기초적인 면역을 담당하는 항균성 물질로 눈물, 침 등 다양한 분비물에 풍부하게 존재하며 백혈구 내부에도 존재한다. 플레밍은 이후 라이소자임 연구에 집중하였는데, 대부분의 병원균이 라이소자임 작용에 내성을 가지고 있어 항균성 물질로서 큰 빛은 보지 못했다.

1929년 플레밍은 세균을 배양하던 배양접시에 자라난 푸른곰팡이(Penicillium notatum)의 주변에는 세균이 자라지 않는 것을 발견하였다(그림 2).²⁾ 푸른곰팡이 배양액을 희석해 접종하여도 접종한 자리에 세균이 자라지 않는 것을 보고 확신을 얻은 플레밍은 이 푸른곰팡이가 생성하는 항생물질을 페니실린이라 이름 붙였다. 플레밍은 페니실린을 발견하였지만 정제하는 데 어려움을 겪었고 정제되지 않은 배양액은 항생능력이 체내에서 빠르게 사라졌다. 이런 이유로 플레밍이 초기 제안한 페니실린의 사용법은 백신 주사 시 일시적인 소독용이었다. 플레밍이 페니실린의 항생능력을 논문으로 밝혔음에도 의학계에서도 큰 관심을 갖지 않던 중 영국 옥스퍼드 대학의 하워드 플로리(Howard W. Florey) 연구팀이 페니실린에 관심을 보였고 플레밍에게 푸른곰팡이 균체를 배양받아 페니실린을 정제하는데 성공하였다. 페니실린은 대표적인 베타-락탐계(β-lactams) 항생제로 세균의 세포벽을 구성하는 펩티도글리칸의 합성을 저해한다. 펩티도글리칸 사슬(chain) 사이의 교차결합(cross-linking) 형성을 억제하므로 펩티도글리칸을 약화시켜 세균이 삼투압 조절을 못하게 하여 세균을 죽게 한다. 페니실린을 세균 감염증 환자에게 투여한 임상실험 결과는 매우 뛰어났다. 페니실린을 주사 받은 환자에게서 특별한 부작용 없이 뛰어난 치료효과를 보인 것이다. 당시 제 2차 세계대전이 일어난 상황이었고 페니실린은 수많은 부상자의 생명을 구했다. 이 공로로 플레밍은 페니실린을 정제한 연구팀의 하워드 플로리, 언스트 체인(Ernst B. Chain)과 함께 1945년 노벨 생리의학상을 수상하였다. 페니실린은 최초의 항생제로 오늘날에도 사용되고 있으며 다양한 개량을 통해 보다 뛰어난 항생효과를 갖는 페니실린계 항생제도 시판되고 있다. 

그림 2. 플레밍이 페니실린을 발견한 푸른곰팡이(Penicillium notatum) 배양 접시 (출처: GettyImagesKorea MARYEV10101971)

페니실린의 발견 이전에도 세균을 죽이는 항균물질(antimicrobial agent)은 연구되었지만, 대부분 체내에 침입한 세균과 함께 인체 세포에도 피해를 입혔기 때문에 실용성이 없었다. 하지만 페니실린은 세균에만 존재하는 펩티도글리칸의 합성을 방해하기 때문에 인체 세포에는 피해를 입히지 않아 효과적인 항균제로 사용될 수 있었다. 또한 플레밍은 푸른곰팡이와 같이 균류(fungi)에 속하는 생물이 또 다른 생물인 세균(bacteria)을 죽이기 위해 항균물질을 만들 수 있다는 개념을 최초로 제시하였다. 현재 플레밍이 발견한 개념의 토대 위에 페니실린이 포함된 베타-락탐계 항생제 외에도 단백질 합성을 막거나 핵산 합성을 막는 등 다양한 작용 방식을 갖는 항생제(antibiotic)를 발견하거나 개량시켜 사용하고 있다.

세포벽(Cell wall), 라이소자임(Lysozyme), 항생제(Antibiotic), 푸른곰팡이(Penicillium), 패혈증(Sepsis), 펩티도글리칸(peptidoglycan), 베타락탐계(β-lactams) 

조장천/인하대학교 

이창로/명지대학교

1. Fleming, A. 1922. On a remarkable bacteriolytic element found in tissues and secretions. Proc. Royal Soc. B. 93, 306–317. doi: 10.1098/rspb.1922.0023.
2. Fleming, A. 1929. On the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. Brit. J. Exp. Pathol. 10, 226-236.