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1. 페니실린의 역사와 발견
1.1. 항생제의 정의
'항생제'는 "미생물에 의하여 만들어진 물질로서, 다른 미생물의 성장이나 생명을 막는 물질"이다. 그러나 항생제 중에는 미생물에서 유래하지 않고 합성된 것도 있으며, 처음 발견은 미생물에서 하였지만 인공적으로 합성된 약물, 또는 기존 항생제의 구조 중 일부를 변경하여 만든 반합성 약물 등이 있는데, 이러한 약물은 '항생제'보다는 '항균제'라고 하는 것이 더 정확한 표현이다. 또한 세균 이외에 진균(곰팡이)이나 바이러스 등 미생물에 작용하는 약제는 항균제라는 표현이 적절하지 않으며, 이러한 약을 모두 포함시킨다면 '항미생물제제(antimicrobial agents)'라고 하는 것이 더 정확한 표현이다. 항생제는 작용기작 또는 항균 영역에 따라서 분류할 수 있으며, 항균 영역이란 항생제가 어떤 종류의 세균에 효과적인지를 의미한다. 실제 임상에서는 그람양성균과 그람음성균이 가장 흔한 세균이며, 의사들은 이에 따라 항생제를 처방한다. 항생제는 세균뿐만 아니라 인체 세포에도 해로울 수 있기 때문에, 항생제의 표적은 미생물에만 존재하거나 미생물의 성장 또는 증식에 필수적인 것이어야 하며, 인체 세포에는 없는 것이어야 한다. 이렇게 미생물에만 영향을 주는 작용을 선택적 독성이라고 하며, 대표적인 예가 페니실린 같은 베타-락탐계 항생제이다.
1.2. 페니실린의 발견
1928년 알렉산더 플레밍은 런던의 세인트 메리병원에서 실험을 하던 중 우연히 페니실린을 발견하였다. 플레밍은 포도상구균을 기르던 배지에서 푸른곰팡이가 자라나고 그 주변의 포도상구균이 깨끗하게 녹아있는 것을 발견하였다. 이를 통해 플레밍은 곰팡이가 생산해내는 물질이 강력한 항균작용을 나타낸다는 것을 알아차렸다. 그리고 이 곰팡이는 페니실리움(Penicillium) 속에 속하는 것으로 밝혀져 그 이름을 따서 이 물질을 '페니실린(penicillin)'이라고 명명하였다. 플레밍은 페니실린이 연쇄상구균, 뇌수막염균, 임질균, 디프테리아균 등과 같이 무서운 전염병을 일으키는 병원균들에게 효과적이라는 것을 확인하였다. 그러나 당시에는 페니실린을 대량으로 생산할 수 없었고 인체 내에서 쉽게 배출되는 문제가 있어 질병 치료에 실제로 활용되지는 못하였다. 이러한 문제가 해결된 2차 대전 이후에 페니실린이 본격적으로 사용되기 시작하였고, 이를 계기로 플레밍은 페니실린을 대량 생산할 수 있는 방법을 고안한 하워드 플로리, 언스트 체인과 함께 1945년에 노벨상을 수상하였다.
1.3. 플레밍의 업적
플레밍의 업적은 다음과 같다. 플레밍은 1881년 스코틀랜드에서 농부의 아들로 태어났으며, 13세에 런던으로 가서 형의 집에서 공업학교를 졸업하고 의학공부를 하기 위해 세인트 메리 의과대에 들어갔다. 플레밍은 미생물학자가 되었으며, 실험실에서 포도상구균을 기르던 중 우연히 푸른곰팡이가 자라나고 그 주변의 포도상구균이 죽어 있는 것을 발견하였다. 플레밍은 곰팡이가 포도상구균의 성장을 억제하는 물질을 분비한다는 것을 알아차렸고, 이 물질을 페니실린이라고 명명하였다. 플레밍은 배양된 곰팡이를 새로운 액체 배지에 옮기고 1주일 후 배양액을 1,000분의 1까지 희석했음에도 포도상구균의 발육이 억제되는 것을 확인하였다. 이로써 곰팡이가 생산해내는 물질이 강력한 항균 작용을 나타낸다는 것을 확인하였으며, 1929년 연구 결과를 발표하였다. 플레밍의 이러한 발견은 이후 항생제 연구의 시발점이 되었다.
1.4. 페니실린의 상용화
플레밍이 페니실린을 발견했지만, 이를 실제 임상에 사용하기 위해서는 많은 노력이 필요하였다. 페니실린은 박테리아의 세포벽 합성을 억제하여 용균을 유발하는데, 효과적인 치료제로 사용되기 위해서는 실제 환자에게 투여할 수 있도록 대량 생산이 가능해야 하였다.
옥스퍼드 대학의 플로리와 체인은 1930년대 후반부터 페니실린 정제와 대량 생산 방법에 대한 연구를 시작하였다. 이들은 록펠러 재단의 지원을 받아 페니실린을 정제하는 데 성공하였고, 동물 실험에서 매우 강력한 항균 효과를 확인할 수 있었다.
이러한 연구 결과를 바탕으로 1941년 첫 번째 인체 투여가 이루어졌고, 이는 성공적이었다. 페니실린은 중증 감염증을 치료하는데 매우 효과적이었으며, 전쟁 중 부상자와 병사들의 생명을 구하는 데 크게 기여하였다.
페니실린의 대량 생산은 미국의 제약 기업들이 주도하였다. 록펠러 재단의 지원을 받은 플로리와 체인의 연구 내용을 활용하여 머크, 파이저 등의 제약사...
