진화하는 세균 대 항생물질, 어느 쪽이 강한가?

진화하는 세균 대 항생물질, 어느 쪽이 강한가?

-내성균이 가진 딜레마란-

 

 

가위 개미

농업을 하는 개미

북미동남부에서 중남미에 걸쳐서 가위개미라는 개미가 살고 있다. 가위개미는 이름처럼 잎을 자르는 개미이다. 어째서 잎을 자르는가 하면 자른 잎을 써서 농업을 한다. 가위개미의 농업이 진화한 것은 약 5000만 년 전이라고 생각되어서 인간이 농업보다도 훨씬 오래다.

가위개미는 잎을 잘라서 둥지로 운반한다. 잎을 나르는 길은 정해져 있어서 어떤 종은 가위개미로는 평탄하게 다져진 길이 100미터나 뻗어있는 것 같다.

잎을 나르는 가위개미와는 달리 소형의 일개미라 불리는 가위개미가 갓길을 순찰하고 있어서 다시 둥지는 병정개미가 잘 지키고 있다. 경비되는 안전한 길을 평탄하게 다져진 걷기 쉬운 길을 써서 잎을 나르므로 매우 효율적이다. 대개 잎이 가위개미보다 크기 때문에 마치 많은 잎 자신이 지면을 걷는 것처럼 보인다.

지하의 둥지 속의 방이 거위개미의 밭이다. 그 밭에 잎을 깔아서 버섯의 사촌을 재배한다. 몇 마리가 달라붙어서 잡초를 끌어 뽑거나 자신들의 변을 깔아서 비료로 하기도 하여 착실히 키워서 수확한다.

둥지에는 환기구가 있어서 밖으로 이어져 있다. 또 비료로서 쓰다 마친 잎이나 배설물 등의 쓰레기를 버리는 구멍도 있다.(인간이 한 사람 들어갈 정도의 크기인 것도 있다.) 쓰레기 처리는 개미와 버섯의 쌍방의 건강에 매우 중요한데 불결하고 위험한 일이기도 하다. 이 쓰레기 처리라는 일은 늙은 일 개미가 담당하고 있는 것 같다.

이러한 가위개미의 농업은 자주 일어나는 식료부족을 해결하는 방법으로서 진화했을 가능성이 높다. 농업에 의하여 가위개미는 700마리가 넘는 거대한 군체(群體)를 만들 수 있게 되었다.

 

항생물질내성균의 위협

 

이런 가위개미의 버섯밭이 받는 위협은 주로 2가지가 있다. 첫째는 다른 개미에 의하여 밭을 약탈당하는 일이다. 예를 들면 두배자루마디개미의 일종은 가위개미의 둥지에 들어가서 밭을 빼앗고 자신들의 밭으로 하여 손보기를 시작한다고 한다. 그 경우는 불쌍하게도 가위개미의 유충은 두배자루마디개미의 유충의 먹이가 된다.

혹은 병정개미에 의하여 둥지가 함락당하는 일도 있다. 병정개미와 가위개미의 싸움은 격해서 쌍방에 많은 사자를 낸다고 한다. 그래서 가위개미가 지면 둥지는 비참하게 되고 만다.

 

위협의 둘째는 병원균이 침입하는 것이다. 거의 밀폐된 공간인 둥지 안에 병원균이 만연하면 밭은 썩어버릴 것이다. 그런 때문에 가위개미는 버섯밭의 손보기를 소홀히 하지 않고 어떤 종류인지의 항생물질을 쓰고 있는 것 같다. 가위개미의 몸에 부착하고 있는 세균이 분비하는 항생물질을 이용할 뿐 아니라 가위개미 자신도 항생물질을 분비한다고 한다.

가위개미가 약 5000만 년 전에 농업을 시작했다고 해서 그 이래 줄곧 같은 항생물질을 쓰고 있는지 어떤지는 모른다. 그러나 적어도 근래 수백만 년은 같은 항생물질을 쓰고 있을 가능성이 있다. 생각해보면 이것은 불가사의이다.

줄곧 같은 항생물질을 쓰고 있다면 그에 내성을 가진 병원균이 나타난다는 것이 알려지고 있다. 인류가 항생물질을 발견한 것은 1928년인데 그것이 의학적인 치료에 널리 쓰이게 된 것은 그보다 후이다.

곧 인간은 항생물질을 쓰기 시작하여 아직 수십 년밖에 지나지 않았다(정확하게는 미생물이 만든 것을 항생물질이라고 부르기로 한다.). 그럼에도 불구하고 거의 이미 항생물질에 대하여 이미 내성균이 나타나고 있다.

영국정부에서 위탁 받은 짐 오닐에 의한 보고에 따르면 내성균에 의한 사자는 계속 증가하고 있어서 2050년에는 세계 전체로 1000만 명이나 될 것이라 한다. 항생물질을 계속 사용한다면 이미 내성균이 진화하고 말 것이다. 그런데 어째서 가위개미는 같은 항생물질을 계속 사용하고 있는 것일까.

 

내성균에도 약한 점이 있다.

 

어느 항생물질 A에 의하여 어떤 종의 세균이 죽는다고 하자. 혹시 전 세계에서 A가 쓰이게 되면 A저항성 세균(항생물질A로 죽지 않는 세균)이 전 세계에 퍼질 것이다. 한편 전 세계에서 전혀 A가 쓰이지 않으면 A감수성의 세균(항생물질A로 죽는 세균)이 전 세계에 퍼질 것이다. 이것은 당연하다고 생각하지만 조금 더 생각해보자.

A감수성의 세균이 있다고 하자. 그러나 세균에게는 때때로 변이가 일어난다. 세균의 개체 수는 엄청나게 많으므로 그 중에는 A저항성에 변이하는 개체도 있다. 항생물질A를 전혀 쓰고 있지 않아도 A저항성 세균은 때때로 진화한다.(이것은 실험적으로 확인되고 있는 사실이다.)

그러나 이 경우 A저항성 세균이 퍼지는 일은 없다. 물론 항생물질A를 쓰기 시작하면 A감수성 세균은 죽어버리기 때문에 그 결과 A저항성 세균이 증가하게 된다. 그러나 항생물질A를 쓰지 않으면 A저항성 세균은 증가하지 않는다.

 

어째서 저항성획득조가 증가하지 않는가.

 

잘 생각해보면 이것은 이상하지 않은가.

항생물질A를 쓰고 있으면 A감수성 세균이 퍼지지 않은 것은 이해된다. A감수성 세균은 죽어버리기 때문이다. 그러나 항생물질A를 쓰고 있지 않다면 A감수성 세균이 증가해도 A저항성 세균이 증가해도 어느 쪽이든 좋지 않은가. 그러나 실제로는 A저항성 세균이 퍼지는 일은 없다.(물론 특별한 조건이 있으면 다르지만) 어째서일까.

세균도 생물이므로 물질이나 에너지를 써서 살고 있다. 이 세균이 살기 위하여 쓰이는 물질이나 에너지의 양(대사량)은 유한하다. 그런 때문에 혹시 대사량의 일부를 어떤 항생물질에로의 저항성을 위하여 쓴다면 그 이외의 생존을 위하여 쓸 대사량이 감해진다. 그런 때문에 저항성 세균은 감수성 세균보다 생존에 관해서는 불리하다. 그것이 저항성을 손에 넣은 대상(代償)이다. 아무것도 잃지 않고 무엇을 얻는다는 일은 없다.

그러므로 항생물질A가 쓰이지 않은 상황에서는 A저항성 세균보다 A감수성 세균이 유리해지고 증가하게 된다.

실제로는 어떤 항생물질A가 전 세계의 모든 장소에서 쓰고 있다고 하는 상황은 없다. A를 쓰고 있는 장소도 있고 A를 쓰지 않는 장소도 있다. 그렇다면 A감수성 세균과 A저항성 세균이 양방 같이 존재하고 있는 셈이다.

단지 그 비율은 장소나 시기에 따라 다를 것이다. A가 많이 쓰이면 A저항성의 비율이 증가할 것이고 A가 그다지 쓰이지 않게 되면 A감수성의 비율이 다시 증가해갈 것이다. 이처럼 균형을 잡아가면서 A에 대한 저항성 생물도 감수성 생물도 존속해 간다. 예를 들면 페니실린에 대한 저항성을 가진 세균이 진화해도 페니실린이 전혀 쓸 수 없는 것은 아니라는 이유는 이런 것이다.

그러나 항생물질 등의 과용은 이 균형을 저항성 생물을 증가시키는 쪽으로 기운다. 현재 세계에서는 항생물질저항성 세균에 의한 사자가 계속 증가하고 있으므로 항생물질을 과용하고 있을 가능성이 높다.

물론 항생물질을 쓰는 것이 안 되는 것은 아니다. 항생물질이 많은 사람의 생명을 계속 구하고 있는 것은 사실이고 인류의 평균수명이 신장된 이유의 하나가 항생물질을 사용하고 있다는 것도 틀림이 없다. 어느 정도 항생물질을 써야 할 것인지. 이에 대한 균형은 어렵다.

가위개미도 수 종류의 항생물질을 가려 쓰는 것을 공부하고 있으므로 어딘가 같은 항생물질로 해나갈 수 있다고 생각된다. 항생물질도 만능은 아니지만 내성균이 나타난다고 해서 전연 쓸 수 없는 것은 아니다.*

 

일본어원문=進化する細菌 vs 抗生物質、どちらが強い？耐性菌が持つジレンマとは

출처=https://gendai.ismedia.jp/articles/-/74464?page=3

필자=사라시나 이사오(更科 功)

1961년 도쿄생, 일본의 고생물학자. 1985년 도쿄대학교양학부기초과학과 졸업. 2000년 도쿄대학대학원이학계연구과박사과정 수료. 이학박사. 츠쿠바대학연구원. 2012년의 『화석의 분자생물학』으로 고단샤(講談社) 과학출판상 수상.