봉와직염(蜂窩織炎: cellulitis)

군대 다녀온 남자들이라면 익숙하게 들어본 질병 중의 하나로 봉와직염이 있다. 웬만한 성인 남성들은 한 번쯤은 직간접적으로 겪어 본 흔한 질병의 하나이다. 군대에서 많이 걸리는 이유는 군화를 신고 오래 걷고, 발에 상처가 나도 제대로 치료를 못 해 덧나는 염증이다. 처음에는 그냥 무좀인 줄 알고 있다가 나중에야 심각함을 인지하는 나름 무서운 병이다. 환경이 열악하고 육체적으로 많은 일을 하며 잘 씻지 못하는 조건에서 많이 발병해서 군대에서만 걸리는 질병으로 인식하고 있지만, 최근에는 여러 이유로 면역력이 떨어진 상태에서 작은 상처 부위에 세균 감염되었을 때 많이 발생하고 있다. 상처가 마치 벌집 모양으로 번져간다고 해서 이러한 이름이 붙여지게 되었다.

봉와직염과 항생제

봉와직염은 진피와 피하 조직에 나타나는 급성 세균 감염증의 하나로 이들 세균이 침범한 부위에 홍반, 열감, 부종, 통증을 동반한다. 이의 주원인으로는 황색포도알균과 사슬알균 등에 의한 감염으로 병원 진료를 받게 되면 항생제 처방을 받게 된다. 그러나 이러한 봉와직염의 약 30%가 단순한 피부 감염인 가성 봉와직염(pseudocellulitis)으로 밝혀졌으며 이들 중 85%는 입원치료가 필요 없었고 92%는 불필요한 항생제가 투여됐는데 이는 봉와직염과 가성 봉와직염은 증상이 비슷해 구분이 어렵기 때문이다. 이로 인해 연간 13만 건의 불필요한 입원과 51억 5천만 달러의 불필요한 의료지출이 낭비되고 있다고 한다. 무엇보다 심각한 문제는 불필요한 항생제 투여가 항생제 내성을 부채질한다는 데 있다[1]. 

항생제와 내성

위의 사례처럼 우리가 흔히 접하는 봉와직염과 항생제를 살펴봤을 때도 항생제와 내성 문제가 대두하고 있다. 무분별한 항생제 남용과 오진으로 인해 항생제 사용량은 나날이 급증하고 있으며 그로 인해 항생제에 대한 내성을 가진 내성균이 출현하고 있다. 2016년 영국 정부가 발표한 항생제 내성균(AMR: AntiMicrobial Resistance)보고서에서는 현재 전 세계적으로 70만 이상이, 유럽과 미국에서 5만 이상이 내성 박테리아의 감염 때문에 숨지고 있으며, 인류가 특별한 조처를 하지 않으면 2050년에 이르러서는 1,000만 이상의 사망과 이에 따라 100조 달러 이상의 손실이 발생할 것으로 예측하였다[2].

 

[그림1] 인구 1,000명당 항생제 하루 사용량
(출처: 미국 국민과학운회보(PNAS)-생명공학정보센터)
)

 

최근 조사에 따르면 인구 1,000명당 항생제 하루 사용량은 고소득 국가를 비롯하여 저소득 국가까지 전반적으로 사용량이 증가하는 추세에 있다. 특히 주목할 점은 중상위 소득 국가에서 그 사용량이 기하급수적으로 증가하고 있다는 점이다. 이는 아마도 의료 복지의 수준이 상대적으로 양호해지면서 병·의원의 치료가 증가한다는 데 기인하였다고 추측해 볼 수 있다.


[그림2] 인체 항생제 사용량


[그림3] 황색포도알균 메티실린 내성률



[그림4] OECD 국가 항생제 사용량
(출처: 매일경제 (MBN) 2018.11.28. 항생제 남용심각... 30년 후엔 매년 1,000만 명 사망)
 
 

매년 유럽에서만 25,000명, 미국에서 23,000명 정도가 항생제 내성 균주에 감염되어 사망하고 있으며 패혈증은 시간당 9%씩 감소하는 생존율을 극대화하기 위해 항균제 감수성 검사 시간 단축이 매우 중요하다고 볼 수 있다. 즉 항생제를 빠르고 정확하게 처방하여 환자의 생존율을 높이고 동시에 항생제 내성 균주 발생을 억제해야 하지만 항생제 내성 검사의 경우 종동정부터 항생제 내성 검사까지 최소 16시간에서 40시간 이상의 시간이 소요되고 있다.

항생제 내성 균주로 매년 경제적 손실은 유럽에서 약 2조, 미국에서 66조 가량 된다고 추정하고 있으며, 이는 사망률 증가, 치료 기간 연장, 의료비용 상승 등 공중보건에 큰 위협이 되면서 사회경제적으로 큰 손실을 초래하고 있다.

항생제는 1928년 페니실린(Penicillin) 항생제의 발견 이후 1960년대까지는 항생제의 개발이 활발했지만, 새로운 계열의 항생제 부재와 기술의 한계, 그리고 빠르게 증가하는 각종 세균의 내성 문제 등으로 이후 항생제 개발은 감소하기 시작하여 항생제 오남용으로 인해 항생제 내성균이 증가함에 따라 유엔이 항생제 남용 방지 결의안을 채택(’16.09)하기도 하였다[3].

 

항생제 내성 기작

항생제의 역사는 1928년 플레밍(Alexander Fleming)이 페니실린(penicillin)을 발견하면서 시작되었다. 이 발견을 빌미로 2차 세계 대전 당시 상용화에 성공해 수많은 전염병 환자의 목숨을 구한 것은 익히 알고 있는 사실이다. 이후 질병의 원인이 되는 미생물의 사멸을 위해서 많은 항생제가 개발되었다. 항생제는 미생물이 생성한 물질로, 다른 미생물의 성장을 저해하여 항균작용을 나타내며 인체에 침입한 세균의 감염을 치료한다. 특히, 세균의 증식과 성장을 억제하는 약물이다. 항생제의 주요 작용 기전으로는 다음과 같다.

  1. 세포벽 합성 저해
  2. 단백질 합성 저해
  3. 핵산 합성 및 교정 저해

세균에는 대략 200개 내외의 필수 단백질들이 있으나 이 가운데 항생제의 표적으로 삼고 있는 유전자는 대략 3종류인데, 리보솜과 세포벽 생성에 관여하는 단백질 그리고 핵산의 구조 변형 및 합성에 작용하는 효소들이다. 이들의 성장과 증식을 억제함으로써 그 약제의 역할을 하는 것이다. 그러나 이러한 약제에도 내성을 가지는 미생물 특히 세균이 존재한다. 항생 물질에 대한 내성은 자연과 획득 내성로 구분할 수 있는데 특히 문제가 되는 것은 획득 내성으로 볼 수 있는데 획득 내성은 어떤 종이 갖고 있던 유전∙생화학적 성질이 변형되면서 해당 제제에 대하여 내성이 생기는 현상을 의미한다. 특히, 최근 들어서 문제가 되는 다양한 항균제의 오남용이 병원균 약제 내성의 선택적 발생을 부추김을 부정할 수 없다[4].

이에 신속하고 정확하게 항생제 내성을 진단하고 항생제를 처방하여 환자의 생존율 증대 및 항생제 내성 균주 발생을 억제가 필요하지만 현 항생제 내성 검사의 경우 최소 16시간에서 최대 2~3일의 시간이 소요되고 있다. 이는 초기 환자의 생존율을 낮추고 있으며 항생제의 오남용이 되는 근본 원인을 제공하고 있다. 따라서 단기간에 항생제 내성 여부를 판단하여 신속하고 정확한 처방을 통해 항생제 내성균 억제하는 것은 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 최근에는 기술의 발달로 RT-PCR 기술을 이용해 3시간 이내에 진단할 수 있어졌지만, 다양하게 변화하는 내성균의 유전자 정보를 추적할 필요가 있다. 특히나 한국에서는 항생제가 연간 1,000톤 정도가 사용 중이며 이는 한국 지역 환경의 변화에 따른 새로운 항생제 내성균의 출현이 예고된다.

 

IncoARG

이러한 환경변화에 따라 한국형 항생제 내성 유전자(다양성) 서열 및 정보를 수집할 수 있는 플랫폼 필요성이 주목받고 있다. 이미 ARDB 및 CARD와 같은 데이터베이스가 존재하지만, 한국인들에게서 발병한 항생제 내성균의 유전정보와 통합적으로 구성되어 있지 않다. 따라서 과거 50년 동안 수집 및 축적된 항생제 내성균 및 유전정보와 함께 최근 한국에서 발생하고 있는 내성균에 대한 유전 정보를 통합적으로 관리하고, 내성균의 변화에 대응할 수 있는 신속한 프로브 설계 기능을 필요로 한다. 분자 진단을 위해서는 해당 서열을 구별해 낼 수 있는 프로브가 필요한데 변이가 생긴 유전정보가 누락된 프로브라면 아무래도 그 감수성이 감소하기 나름이다. 이에 항생제와 관련된 세균 및 그들의 유전정보를 종합적으로 관리, 프로브 설계 기능을 갖춘 시스템을 (주)인실리코젠에서 개발하였는데 이른바 IncoARG이다. 주요 기능은 다음과 같다.

  1. 질병, 항생제, 세균 및 유전자의 상호 연관 DB 구축
  2. 항생제별 주요 세균 종에 대한 마커 후보 발굴
  3. 마커 후보에 대한 프로브 및 프라이머 디자인
  4. 항생제 내성 유전자딥러닝 기법을 통한 감수성 예측 모델 개발(예정)
 

[그림 5] IncoARG 화면 일부

 

어린이와 항생제

최근 항생제 내성과 관련하여 “국내 항생제 사용량, 여전히 OECD 1위 오명”, “CDC도 두 손 든 ‘악몽의 박테리아’.... 이대론 국내병원서 CRE 토착화 시간문제” 등과 같은 다양한 뉴스가 쟁점이 되고 있다. 실제로도 어린이들이 병·의원을 방문하게 되면 항생제는 거의 필수적으로 처방되고 있어 어린 나이에서부터 항생제에 노출된 것이 현실이다. 이에 부모들 사이에는 자식과 관련된 항생제 내성 문제를 외면할 수 없어 될 수 있는 대로 항생제를 처방하지 않는 병원이 인기라고 한다. 그러나 항생제를 전혀 사용하지 않는 것이 제일 나은 방법은 아니다. 특히 쉽게 치료할 수 있음에도 치료가 되지 않아 자주 병원을 방문할 뿐 아니라 환자에게도 감염이 확대될 수 있음을 충분히 인지해야 한다.

참고자료

  1. "봉와직염 진단 중 30%는 오진"
    https://www.mk.co.kr/news/photo/view/2016/11/774683/

  2. Tackling Drug-resistant infections globally: Final report and recommendations, The review on antimicrobial resistance chaired by Jim O'Neill, May, 2016.
  3. 항생제 특허 분석 보고서. 2017년 농림분야 생명자원 특허 DB 수집 및 분석 사업
  4. 약제 내성 문제에 대한 정보학 관련 연구 동향. 오석준
BS실 이규열 책임 개발자

Posted by 人Co

2019/05/21 13:05 2019/05/21 13:05
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