저항성

내성이라고도 하지만 영어로는 resistance를 내성이라고 번역한다면, 영어로 tolerance인 저항성은 내성(resistance)과는 다른 개념(아래에 설명)이다. 본문은 항생물질(antimicrobial agents)에 대한 미생물의 저항성(tolerance)에 대한 설명이나 일반적으로 저항성과 내성은 국문으로는 혼용하여 사용되기 때문에 구분하기 어렵다.

저항성(tolerance)은 사람의 관점에서는 약물 복용에 의해 약효가 저해되는 현상으로, 병원체인 미생물이 화학치료제나 항생 물질의 지속적인 사용에 대하여 반응하여 나타나며, 반복해서 사용하는 화학치료제나 항생 물질에 대해서 반응하지 않는 현상을 의미한다(그림 1). 미생물의 약물에 대한 내성(resistance)과는 구분되는 개념으로, 미생물의 약물에 대한 저항성(tolerance)은 미생물의 유전자상의 어떠한 변화(돌연변이 등)에 의해서 생기는 것이 아니라, 미생물의 상태가 약물에 견디기 쉬운 형태로 변화하기 때문에 생기는 현상이다.

목차

저항성(tolerance)은 내성이라는 말로 표현하기는 하지만, 영어로 resistance를 뜻하는 내성과는 다른 개념이다. 저항성은 여러 가지 의미로 볼 수 있지만, 본 미생물학 사전에서는 보통 항생제 등의 항미생물 제재(antimicrobial agents)에 대해서 반응하지 않도록 미생물이 갖게 되는 특성을 의미한다. 약물을 처리했을 때 약물에 대한 반응으로, 외부의 유전자가 들어오거나 돌연변이(mutation)로 획득한 형질이 아닌 미생물 자체가 갖고 있는 특성에 의해서, 약물에 대해서 반응하지 않고 휴면상태(dormant state) 등을 유지하면서 저항성을 갖는 것을 의미한다. 예를 들어서, 항생제(antibiotic)의 하나인 페니실린(penicillin)을 세균에 처리했을 때, 페니실린은 세균의 세포벽의 합성을 방해하면서 세균의 생장을 억제하고 사멸에까지 이르게 한다. 그러나, 세균이 더 이상 세포벽을 합성하지 않는 상태로 존재한다면, 이 세균은 페니실린에 대해서 저항성(tolerance)을 갖게 되는 것이다. 이 경우에 페니실린이 제거된다면 저항성을 갖고 있던 세균은 다시 정상세균으로 증식할 수 있게 된다. 이렇게 정상세균으로 증식하게 되었을 때, 페니실린을 다시 처리하면 일부의 세균은 페니실린에 대한 저항성을 갖게 되지만, 대부분의 세균을 사멸하게 된다. 이러한 사실은 1944년에 Bigger에 의해서 Lancet 저널에 발표된 내용으로 포도상구균에 페니실린을 처리하였을 때 얻은 결과이다. 이 때, 페니실린의 처리에도 남아 있는 세균들은 돌연변이에 의해서 생긴 것이 아니기 때문에 존속자(persister)라고 명명했다.

그림 1. 약물A에 대한 저항성(tolereance) 습득 과정 (제작: 이정신/강원대)

[그림 1]은 미생물에 약물A를 처리하여 미생물이 저항성을 갖게 되는 것을 의미한다. 검은색 원은 하나의 미생물을 의미하며, 붉은색 겹선의 원은 약물A에 반응하지 않고 저항성을 갖게 된 미생물을 의미한다. 점선의 원은 약물A에 의해서 사멸된 미생물을 의미한다. 저항성을 갖게 된 미생물은 약물A를 반복해서 처리해도 더 이상 사멸하지 않고 존재하고 있다가, 약물A가 제거되면 다시 정상 미생물로 증식하게 된다. 이 때, 약물A에 대한 존속자(persister)로부터 다시 증식한 미생물은 약물 A를 처리하면 다시 저항성을 갖게 되는 일부 세포를 제외하고는 모두 사멸하게 된다.

미생물의 약물에 대한 저항성(tolerance)의 특징을 설명하기 위해서는 미생물의 약물에 대한 내성(resistance)을 설명해야만 한다. 약물에 대한 저항성과 내성 모두 미생물이 약물을 처리해도 사멸하지 않는 특성을 말한다.

약물에 대한 내성(resistance)은 외부 유전자의 삽입이나 돌연변이로 인해서, 약물을 분해하는 능력을 얻거나 약물의 표적을 변화시켜서 약물이 표적에 작용을 하지 못하게 하는 특성을 의미하지만, 미생물의 약물에 대한 저항성(tolerance)은 유전자의 변화 없이 미생물이 갖고 있는 작용기전에 의해서 가질 수 있게 된 특성이다.

그림 2는 미생물이 약물에 대해서 가질 수 있는 특성인 내성(resistance)과 저항성(tolerance)을 비교하여 설명하고 있다. 항생물질(antibiotics) 등을 처리했을 때, 항생물질을 분해하거나 항생물질의 표적이 변화되어 항생물질이 표적에 결합하지 못하게 되는 것은 미생물이 항생물질에 대해서 내성(resistance)를 가졌기 때문이다. 이러한 경우 이 항생물질에 대한 최저생장저해농도(Minimum Inhibitory Concentration; MIC)는 증가하게 된다. 하지만 저항성(tolerance)를 갖게 된 미생물에서 항생물질은 분해되지도 않고, 표적에도 정상적으로 결합한다. 단지 항생물질이 미생물의 정상적인 증식과정에서 사용되는 표적에 결합했더라도 미생물이 생장하지 않고 휴면(dormant)상태가 되어 표적을 분해하거나 기능을 방해할 수 없어서 세포의 사멸이 일어나지 않게 된다. 미생물이 저항성을 갖게 된 경우에는 이 항생물질에 대한 최소저해농도는 변화하지 않는다.

이러한 이유로, 저항성을 갖게 된 미생물은 이 항생물질이 제거되고, 환경이 증식에 좋아지게 되면 다시 정상 미생물로 증식하여 존재하게 되는 것이다. 이렇게 저항성을 갖게 된 세포는 증식이 어려운 상황에서 사멸하지 않고 존속하고 있기 때문에, 존속자(persister) 또는 존속성 세포(persistent cell)라고 부른다.

그림 2. 약물내성(Drug resistance)과 약물저항성(Drug tolerance)의 차이점. (제작: 이정신/강원대)

항생물질(antibiotics) 등을 처리했을 때, 항생물질을 분해하거나 항생물질의 표적이 변화되어 항생물질이 표적에 결합하지 못하게 되는 것은 미생물이 항생물질에 대해서 내성(resistance)를 가졌기 때문이다. 이러한 경우 이 항생물질에 대한 최소저해농도(MIC)는 증가하게 된다. 하지만 저항성(tolerance)를 갖게 된 미생물에서 항생물질은 분해되지도 않고, 표적에도 정상적으로 결합한다. 단지 항생물질이 미생물의 정상적인 증식과정에서 사용되는 표적에 결합했더라도 미생물이 생장하지 않고 휴면(dormant)상태가 되어 표적을 분해하거나 기능을 방해할 수 없어서 세포의 사멸이 일어나지 않게 된다. 미생물이 저항성을 갖게 된 경우에는 이 항생물질에 대한 최소저해농도는 변화하지 않는다.

미생물이 약물에 대한 저항성(tolerance)을 갖게 되는 것은 의학적으로 산업적으로 모두 매우 중요한 사안이다. 특정 병원성 미생물에 감염된 환자에게 이 미생물을 제거하기 위해서 약물을 투여했을 때, 일부 미생물이 약물에 대한 저항성을 갖고 있는 상태로 환자의 세포에 존재하다가 약물을 투여하지 않으면 다시 자라게 되기 때문에 병원성 미생물에 대한 감염을 치료하기가 어렵다. 또한 저항성을 갖게 된 미생물은 생물막(biofilm)에 매우 많이 존재한다. 생물막은 고체 표면에 형성되는 미생물의 군집으로 환자의 체내 기관이나 산업적인 기계 장치에서 제거해야 할 경우가 많다. 하지만, 생물막 안에 존재하는 저항성을 가진 미생물은 약물로 제거하기가 어렵다.

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이정신/강원대학교

이진원/한양대학교