항생제는 어떻게 발견됐나요? 항생제의 발견과 원리 (Discovery and principle of antibiotics)

푸른곰팡이 속

항생제의 발견

  1928년 늦은 여름에, 스코틀랜드의 세균학자 Alexander Fleming은 늦은 휴가를 갔다. 그가 돌아왔을 때 인간의 역사가 바뀌었다. Fleming은 실험실 벤치 위에 있는 박테리아 포도상구균(Staphylococcus aureus)이 포함된 배양 접시를 그대로 두고 갔다. 그가 떠난 동안, 차가운 조건에서는 박테리아의 성장이 멈추었다. 동시에 배양 접시 안에 놓여 있는 penicillium notatum의 곰팡이 포자는 마루 아래로부터 위로 올라온 일이 일어났다. 그때 Fleming이 되돌아왔고, 온화한 날씨에서 두 미생물은 다시 성장하고 있었다. 그는 접시를 청소하고 살균하려다 페니실리움(푸른곰팡이)이 박테리아 군체를 죽이고 있는 것을 처음으로 알았다. 이 항생 효과의 원인인 물질이 1939년에 분리되었고, 페니실린이라고 명명되었다.

 

항생제의 원리

 Fleming이 만든 최초의 곰팡이는 벤질페니실린(benzylpenicillin)인 페니실린이다. β-락탐 항생물질이라는 종류로 이루어진 많은 유사체가 계속해서 합​성되었고, 이 락탐 항생물질은 그 후에 구조적 뿐만 아니라 기능적으로 변형된 사원자 고리 락탐이라는 것이 확인되었다. 고리 변형은 고리가 열리면서 감소하기 때문에, β-락탐은 원 내의 아마이드와 비교하여 대단히 반응성이 크다. 효소 펩타이드 교환 효소(transpeptidase)는 박테리아 세포벽의 구조를 유지하는 고분자의 생합성에서, 반응하기 어려운 물질의 반응을 촉진시킨다. 효소의 친핵성 산소는 한 아미노산의 카복실산과 연결하고, 다른 아미노산의 아민기가 아마이드의 생성을 촉진시킨다. 이 과정이 반복되어 고분자가 생성된다. 페니실린의 β-락탐 카보닐기는 효소 산소와 쉽게 반응하고, 비가역적으로 반응하고, 효소가 비활성화되고, 세포벽 합성을 중지하고, 박테리아를 죽인다.

벤질페니실린(benzylpenicillin)

다른 항생제의 필요

어떤 박테리아는 항생물질의 β-락탐을 파괴하는 효소인 페니실리네이스(Penicillinase)를 생성하기 때문에 페니실린에 저항한다. 유사물의 합성은 이 문제를 일부분 해결해준다. 그러나 궁극적으로 그것은 완전히 다른 작용 모드를 가지 항생물질이 필요하게 되었다. Streptomyces 박테리아의 변형에 의해서 만들어진 에리트로마이신(erythromycin)은, 1952년에 필리핀의 토양 시료에서 발견되었고, 독특한 거동의 기능을 한다. 그것은 세포벽 단백질 합성 공장인 박테리아 리보솜(ribosome)을 방해하는 큰 고리 락톤이다. 비록 에리트로마이신이 페니실리네이스에 의한 효과는 없지만, 그것에 저항성인 박테리아는 항새물질 창고로 도입된 이래 수십 년 ​이상 개발되어 왔다.

 

​peter vollhardt . neil schore, [Organic Chemistry], sixth Edition