항생제 내성: 천천히 번지는 팬데믹

1928년 9월, 스코틀랜드 과학자 알렉산더 플레밍은 휴가에서 돌아와 어수선한 런던의 실험실에서 잊고 있던 페트리 접시에 이상한 점이 있음을 발견했다. 곰팡이 한 점이 흘러들어 와 포도상구균 배양균 위에 자리를 잡았는데, 그 곰팡이 주위로 선명하게 둥근 고리 안에서는 세균이 그냥 죽어 있었다. 그 곰팡이는 Penicillium 속이었고, 그것이 만들어 낸 물질은 최초의 진정한 항생제인 페니실린이 된다. 그 우연한 사건은 20년이 채 안 되어 의학을 바꾸어 놓았다. 흔히 군인, 출산 중인 산모, 무릎이 까진 아이들을 죽이던 감염이 갑자기 치료 가능한 것이 되었다. 의사들이 마침내 세균을 억제할 수 있게 되자, 그러지 않았다면 어떤 상처라도 사형 선고로 바꾸어 놓았을 세균 덕분에 수술, 화학요법, 장기 이식이 모두 가능해졌다.

그러나 플레밍 자신은 빛 속의 그늘을 보았다. 1945년 노벨상 수상 강연에서 그는 페니실린을 부주의하게 사용하면 그 약이 더 이상 죽일 수 없는 세균이 길러질 것이라고 경고했다. 그의 말은 옳았다. 이 기적은 이제 닳아 해지고 있는데, 새로운 역병이 주는 갑작스러운 충격으로가 아니라 진화가 가진 느리고 끈질긴 필연성으로 그러하다. 항생제 내성은 때때로 조용한 팬데믹이라 불리는데, 바로 그것이 평범한 처방 한 건씩, 조용히 퍼져 나가다가 익숙한 감염이 낫기를 거부하기 시작하기 때문이다.

항생제가 실제로 하는 일

항생제는 몸을 흠뻑 적시는 독이 아니다. 그것은 세균에는 있지만 인간 세포에는 없는 특징을 겨냥한 정밀 무기다. 예를 들어 페니실린과 그 계열 약물은 동물 세포에는 아예 없는 단단한 외층인 세균의 세포벽 구축을 방해한다. 온전한 벽이 없으면 세균은 부풀어 올라 터진다. 다른 계열은 다른 기구를 공격한다. 어떤 것은 세균의 리보솜을 막아 세포가 더 이상 단백질을 만들지 못하게 하고, 또 어떤 것은 세균의 DNA를 복제하는 효소를 차단한다. 이런 표적은 세균에만 있는 것이기 때문에, 잘 선택된 항생제는 우리 자신의 조직은 대체로 건드리지 않으면서 감염을 제거할 수 있다.

이것이 바로 항생제가 바이러스에 아무런 효과가 없는 이유이기도 하다. 감기, 독감, 그리고 대부분의 인후통은 바이러스성이며, 바이러스는 우리 자신의 세포를 가로채 증식하므로, 이런 약물이 노리도록 만들어진 세균의 표적을 전혀 제공하지 않는다. 바이러스 감염에 항생제를 복용하는 것은 도움이 될 수 없지만, 그럼에도 해를 끼칠 수는 있다. 실제 병의 원인에는 아무 작용도 하지 못하면서, 장과 피부에 사는 무해하고 이로운 세균을 죽이기 때문이다. 그 불필요한 복용 하나하나는 또한 내성이 자리 잡을 기회이기도 하다.

내성은 어떻게 진화하는가

내성은 마법이 아니며, 세균이 맞서 싸우는 법을 "배우는" 것도 아니다. 그것은 빨리 감기로 펼쳐지는 자연선택이다. 세균은 놀라울 만큼 빠르게 증식한다. 좋은 조건에서 단 하나의 대장균(E. coli) 세포는 대략 20분마다 분열할 수 있어, 하나의 세포가 하루 안에 수십억 개가 된다. 분열할 때마다 유전체가 복제되는데, 복제는 결코 완벽하지 않다. 무작위 돌연변이가 끊임없이 발생하며, 어떤 큰 세균 집단에서든 순전히 우연으로 몇몇 세포는 약물의 효과를 무디게 하는 돌연변이를 지니게 된다. 항생제가 붙잡는 표적의 모양을 조금 바꾸거나, 약물이 작용하기 전에 도로 퍼내는 식으로 말이다.

그 집단에 항생제를 쏟아부으면, 약에 취약한 다수는 죽고 드물게 내성을 가진 생존자들에게 전장 전체가 그들만의 것으로 남겨진다. 그들은 자유롭게 증식하고, 몇 세대 안에 내성 형질이 우세해진다. 약이 내성을 만든 것이 아니라, 이미 내성을 가지고 있던 세균을 단지 선택했을 뿐이다. 이것은 생물학 어디에서나 볼 수 있는, 자연선택에 의한 진화의 가장 분명하고 가장 관찰하기 쉬운 사례 중 하나이며, 한 명의 환자 안에서 단 한 번의 감염이 진행되는 동안 펼쳐질 수 있다.

세균은 약을 이기기 위한 몇 가지 술책을 가지고 있다. 첫째, 약을 파괴한다: 많은 세균이 베타락타마제 같은 효소를 만들어 페니실린 계열 분자가 작용하기 전에 잘라 버린다. 둘째, 자물쇠를 바꾼다: 작은 돌연변이가 항생제가 결합하는 단백질의 모양을 바꿀 수 있어, 약이 더 이상 들어맞지 않게 된다. 셋째, 약을 퍼낸다: 세포막의 유출 펌프가 항생제가 밀려드는 것보다 빠르게 도로 퍼내 버린다. 넷째, 문을 걸어 잠근다: 세균은 바깥막의 구멍 수를 줄여, 애초에 약물이 안으로 덜 들어오게 할 수 있다.

지름길: 내성 유전자 공유하기

세균의 진화를 특히 위험하게 만드는 것은, 세균이 부모로부터 내성을 물려받기만 하는 것이 아니라는 점이다. 세균은 수평 유전자 이동이라는 과정을 통해 서로 무관한 세포끼리, 심지어 다른 종 사이에서도 유전자를 옆으로 주고받을 수 있다. 내성 유전자는 흔히 주 염색체와 분리된 작은 고리 모양의 DNA인 플라스미드에 올라타며, 한 세균은 마치 지시 사항이 담긴 USB 메모리를 건네주듯 이웃에게 플라스미드를 넘겨줄 수 있다.

그 결과 내성이 모든 계통에서 새로 발명될 필요가 없게 된다. 약물 한 계열 전체에 대한 내성을 부여하는 유전자가 무해한 장내 세균에서 위험한 병원체로 건너뛰거나, 병동 전체로 퍼지거나, 농장 동물과 그들을 돌보는 사람들 사이를 오갈 수 있다. 더 나쁜 것은, 플라스미드가 여러 내성 유전자를 한꺼번에 운반할 수 있어, 단 한 번의 이동 사건만으로도 세균이 여러 약물에 동시에 내성을 갖게 될 수 있다는 점이다. 이러한 공유가 바로 이른바 슈퍼버그, 즉 여러 항생제를 동시에 떨쳐 내는 균주의 등장을 떠받치는 엔진이다.

남용이 불에 기름을 붓는 이유

내성이 곧 선택이라면, 항생제 한 회 복용은 모두 하나의 선택압이며, 우리가 이 약물을 많이 쓸수록 그 과정을 더 세게, 더 빠르게 몰아붙이게 된다. 남용은 여러 형태를 띤다. 진료실에서는: 항생제가 손쓸 수 없는 기침, 감기, 그 밖의 바이러스성 질환에도 여전히 항생제가 처방되는데, 흔히 걱정에 찬 환자가 처방을 기대하기 때문이다. 환자에게서는: 사람들은 몸이 나아졌다고 느끼면 처방받은 약을 끝까지 다 먹지 않고 중간에 중단하는 일이 잦은데, 이는 더 끈질기고 부분적으로 내성을 가진 생존자들을 끝장내는 대신 남겨 둘 수 있다. 농장에서는: 세계의 많은 곳에서 건강한 가축에게 성장을 촉진하고 밀집된 환경에서 질병을 예방하기 위해 다량의 항생제가 투여되며, 동물에서 선택된 내성균이 식품, 물, 직접 접촉을 통해 사람에게 도달할 수 있다.

지리적 차원도 있다. 어떤 나라에서는 항생제를 처방전 없이 약국에서 살 수 있어, 잘못된 방식으로, 잘못된 용량으로, 엉뚱한 병에 쓰인다. 그러한 오용 하나하나가 진화의 주사위를 또 한 번 던지는 일이다. 이 가운데 어느 것도 항생제가 나쁘다는 뜻은 아니다. 항생제는 여전히 의학에서 가장 가치 있는 도구 중 하나다. 문제는 그것이 공유되고 고갈될 수 있는 자원이며, 부주의하게 사용하면 모두를 위한 그 자원을 태워 없애 버린다는 점이다.

국경 없는 위협

문제의 규모는 정신이 번쩍 들게 한다. 세계보건기구(WHO)는 항균제 내성을 공중보건에 대한 최고 수준의 세계적 위협 중 하나로 지목했으며, 대규모 국제 분석들은 약물 내성 감염이 이미 전 세계에서 매년 100만 명을 훌쩍 넘는 사망과 연관되어 있고, 아무것도 바뀌지 않으면 그 피해가 앞으로 수십 년에 걸쳐 더 늘어날 것으로 추정한다. 결핵, 임질, 그리고 특정 균주의 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 클렙시엘라(Klebsiella) 같은 흔한 병원 세균의 내성 균주는 이제 가설 속 미래가 아니라 자리 잡은 현실이다. 한때 믿을 만했던 항생제 계열에 내성을 가진 포도상구균 균주인 MRSA는 병원에서 시간을 보내 본 사람이라면 누구에게나 익숙하다.

더 깊은 위험은 내성이 되돌려 놓겠다고 위협하는 것에 있다. 우리가 당연하게 여기는 일상적인 시술들, 곧 고관절 치환술, 제왕절개, 항암 화학요법은 모두 그 시술이 일으킬 위험이 있는 감염을 예방하고 치료하기 위해 항생제에 의존한다. 약이 듣지 않으면 이런 시술의 위험은 급격히 높아진다. 의사들이 "포스트 항생제 시대"의 가능성을 그토록 경각심을 가지고 묘사하는 이유가 바로 이것이다. 단 한 번의 극적인 재앙이 아니라, 현대 의학의 상당 부분이 조용히 침식되는 일이다.

한편 새로운 약물의 공급 흐름은 느려졌다. 진정으로 새로운 항생제 계열을 발견하는 것은 과학적으로 어려운 일이며, 새 항생제는 그것을 보존하기 위해 가능한 한 적게 쓰는 것이 이상적이기 때문에 그다지 수익성이 높지 않아, 많은 제약 회사가 이 분야에서 물러섰다. 우리는 사실상 물려받은 유산을 채워 넣는 속도보다 빠르게 써 버리고 있는 셈이다.

실제로 할 수 있는 일

고무적인 소식은, 항생제 내성이 다른 많은 위협과 달리 의도적인 인간의 선택에 반응한다는 점이며, 기본 전략은 분명하다. 덜 쓰고, 더 잘 쓴다: 항생제를 정말 필요할 때만 처방하고, 올바른 약을 고르며, 처방받은 약을 끝까지 복용하면 내성 균주의 선택을 늦춘다. 이렇게 신중하게 관리하는 것을 항생제 관리(antibiotic stewardship)라고 부른다. 애초에 감염을 예방한다: 좋은 위생, 깨끗한 물, 백신 접종은 애초에 항생제가 필요한 빈도를 줄이는데, 아예 일어나지 않은 감염은 치료가 필요 없기 때문이다. 농장에서의 사용을 억제한다: 여러 나라가 시작했듯이 건강한 가축에 대한 일상적 항생제 사용을 제한하면, 진료실 밖에서 가장 큰 선택압 중 하나를 제거하게 된다. 계속 발명한다: 새로운 항생제와 대체 수단에 대한 지속적인 투자와 더불어, 의사가 세균 감염과 바이러스 감염을 빠르게 구분할 수 있도록 더 나은 신속 진단법을 갖추는 것이 공급 흐름을 다시 채우는 데 도움이 된다.

이 가운데 어떤 조치도 만병통치약은 아니며, 진화를 꺼 버릴 수는 없으므로 내성을 없앨 수도 없다. 그러나 내성은 극적으로 늦출 수 있어, 시간을 벌고 우리가 아직 가진 약물을 지켜 낼 수 있다. 목표는 이길 수 없는 싸움인 세균과의 전쟁에서 승리하는 것이 아니라, 항생제가 앞으로 여러 세대에 걸쳐 계속 듣도록 공유 자원을 충분히 현명하게 관리하는 것이다.

핵심 요점

항생제 내성은 실시간으로 일어나는 진화다. 세균은 너무 빠르게 증식하고 너무 자주 돌연변이를 일으키기 때문에, 어떤 집단에서든 몇몇 세포는 이미 특정 약물을 무디게 하는 형질을 지니고 있으며, 항생제 한 회 복용은 취약한 다수를 죽이는 동시에 생존자들에게 증식할 빈터를 넘겨준다. 진료실에서의 남용, 끝까지 복용하지 않은 처방, 농장에서의 과도한 사용이 모두 이 선택을 가속하며, 수평 유전자 이동은 내성 유전자가 종 사이를 옆으로 퍼지게 하여 다제내성 슈퍼버그를 길러 낸다. 그 결과는 이미 연간 100만 명이 넘는 사망과 연관되어 있고, 약이 듣지 않을 경우 수술, 출산, 암 치료를 무너뜨릴 수 있는 천천히 번지는 팬데믹이다. 앞으로 나아갈 길은 완치가 아니라 신중한 관리다. 항생제를 필요할 때만 사용하고, 위생과 백신 접종으로 감염을 예방하며, 농업에서의 남용을 억제하고, 새로운 약물에 투자하여, 1928년 곰팡이 포자 한 점이 길을 잘못 들어 촉발한 발견이 먼 미래에까지 생명을 계속 구할 수 있도록 하는 것이다.