제 5 절 세균의 유전과 분자 생물학

제 5 절 세균의 유전과 분자 생물학 목표 ; 세균 돌연변이와 플라스미드의 전달과정을 이해한다. 염색체와 유전자 세균의 유전물질은 염색체와 염색체 이외의 DNA로 구분 염색체 염색체는 두줄의 DNA로 이루어져 있으며, DNA는 서로 결합하는 뉴클레오티드로 구성

대장균은 단일 고리 모양 DNA를 가지고 있으며 약 4백 7십만개의 염기쌍으로 이루어져 있다. (약 2천개의 단백을 발현할 수 있다.) • 유전형 (genotype) – 세균의 특성을 규정하는 유전자들의 성상 • 표현형 (phenotype) – 유전자에 의해 발현되는 성상 (환경조건 및 배지상태에 따라 다르게 나타나 임상진단에 적용 가능) • 2) 염색체 이외의 DNA • 세균 성장에는 필수적이지는 않지만독력, 항생제 내성, 대사활성능 발현 기능 • 플리스미드 (Plasmid), 세균 바이러스 (Bacteriophage phage), 삽입염기서열 (transposon) • 2. 플라스미드 • 세포질에 갖고있는 고리 모양의 염색체 외에 , 두 가닥 DNA로 이루어져 있고 세균분열과는 독립적으로 복제되어 다음 세대 또는 다른 세균에 전달 • F 플라스미드 (F plasmid) • 두 세균 간에 성섬모를 통해 접합이 이루어지는 플아스미드. • F+ - 성섬모를 갖고 있는 세균 • 2) R 플라스미드 (R plasmid) • 항생제의 내성을 나타내는 기능을 작고 있는 플라스미드 (예: 페니실린 분해 효소 (penicillinase)의 기능을 갖는 R플라스미드가 다른 세균에 절달되면 다른 세균도 페니실린에 저항을 나타내게 된다. (많은 항생제 내성 유전자들을 동시에 갖고 있다.

세포내에서 세대를 통하여 안정하게 자손에게 유지, 전달됨에도 불구하고 염색체와는 별개로 존재하여 자율적으로 증식하는 유전자의 총칭. 그러나 진핵세포의 미토콘드리아나 엽록체 등에 포함되는DNA는 일반적으로 오르가넬 DNA라고 불리며 구별된다. 그 유전자의 존재는 보통 세포의 생존에 있어서 반드시 필수적인 것은 아니지만 세균 세포에서는 접합전달(F인자), 항생물질 등에 대한 저항성(R인자),항균물질(박테리오신)의 합성(콜리신인자) 등의 기능을 갖는다. 또한 토양세균에 존재하는 Ti 플라스미드와 같이 식물 세포를 종양화하는 것도 있다. 자기자신이 전달기구를 갖지 않는것도 전달성 인자가 공존하면 함께 전달되는 경우나 공존하더라도 전달되지 않는 것 등의 여러 가지가 발견되고 있다. 플라스미드를 갖는 세포의 자손 중에는 낮은 빈도로 이것을 잃는것이 나타나는 일이 있지만 일반적으로는 안정하게 유지되는기작을 갖는다. 조직변환 DNA실험(유전자 조작기술)에서의벡터로도 자주 사용되고 있다(예를 들면pBR322). 출처; 생명과학대사전, 강영희

3. 세균에서 유전형질의 전달 접합 (Conjugation) F+세균에서 성섬모가 길게 나오면 F플라스미드를 갖고 있지 않는 F-세균에 연결통로로 유전물질이 전달.

Hfr(High-Frequency recombination ; 고빈도 재조합; ) 세균염색체가 모두 전달되는 데 걸리는 시간은 약 100분 정도 2)형질전환 (Transformation) 세균이 파괴되면서 나오는 DNA 조각이 다른 세균에 그대로 흡수되는 경우 흡수된 DNA의 유전형질이 나타나게 되는 것. (형질전환된 세균을 대량 생산하여 유전자를 발현시키거나 DNA를 생산할 수 있다.) DNA 자체가 다른 세균으로 전달되는 것 (1928년 Griffith와 Avery가 페렴알균의 혐막 유전자 전달(S-R variation)로 밝힘

3)형질도입 (Transduction) 박테리오파지 (약칭; 파지) - 세균에 감염되는 바이러스형질도입은 파지에의한 유전자의 전달과정. 파지의 증식에 따라 파지유전자가 같이 증식되어 배출

4. 세균의 유전자 변이와 재조합 돌연변이 (Mutation) DNA의 복제가 일어날 때 1X10-6의 빈도로 자연적으로 돌연변이가 일어난다. 점변이 (point mutation) – 돌연변이는 변이가 일어나는 부위가 1개의 염기에만 해당 그외, 삽입, 결손, 자리바꿈 (역위), 자리옮김 (전좌)등 염기 치환 염기 하나가 다른 염기로 대치되는 것 세개의 염기가 하나의 아미노산을 만듬. Missense 변이 – 염기가 변환되어 아미노산이 변하게 되는 것 Nonsense변이 – UGA, UAA, UAG의 정지서열이 형성되어 아미노산 합성이 중간에 중단되는 경우

RNA codon table A The codon AUG both codes for methionine and serves as an initiation site: the first AUG in an mRNA’s coding region is where translation into protein begins.

(2) Frame shift변이 하나 또는 그 이상의 염기가 새롭게 끼어들거나 빠져나가는 변이(뒷 부분의 아미노산이 전부 바뀌게 되는 것) 삽입염기서열 (transposon) – 일정한 크기의 유전자가 이곳저곳으로 삽입되어 옮겨 다닐 수 있는 것

2) 돌연변이 원 (Mutagen) 화학물질 알킬화제 : DNA 염기에 작용하여 수소결합을 변화시켜 다른 염기와 결합되어 돌연변이가 생김 염기 유사체 : 정상적인 DNA 염기와 유사한 형태의 다른 물질이 흡수되어 다른 염기와의 결합을 유도(AT염기쌍을 GC 염기쌍으로 전환) Acridine색소: DNA 염기 사이에 들어가 염기간 거리를 넓힘으로써 frame shift변이를 일으킨다.

(2) X-선, 자외선 X- 선 : 고에너지로 인해 DNA의 이온결합을 파괴하고 자유라디칼을 만들어 DNA염기를 파괴 자외선 : 인접한 피리미딘 염기를 중합시켜 피리미딘 중합체를 형성. 265nm의 자외선에서 쉽게 관찰. (자외선을 이용한 세균의 살균을 유도 함, 또한 피부암도 유발)

3) 돌연변이의 응용 조건치사 돌연변이 – 변이 결과 합성된 단백이 특정 조건에만 기능을 나타내고 그렇지 않은 경우에는 세균을 죽이는 경우 (인플루엔자 바이러스의 상기도 감염에 의한 백신 효과) 5. 유전자 조작 (Molecular cloning) 항생제 내성을 갖는 플라스미드(벡터)에, 목적하는 외부 DNA 조각을 제한효소를 이용하여 삽입한 다음 대장균에 형질전환 시킴. (항생제 내성으로 인해 선택배양하여 원하는 DNA을 대량생산 할 수 있다. )

제 6 절 세균의 소독과 멸균 소독과 멸균의 정의 멸균 (sterilization) – 화학적 또는 물리적 방법을 이용하여 모든 현태의 생명체를 제거하는 것. 대상으로 하는 물체의 표면과 내부를 무균(aseptic)상태로 만듬 (예; 수술실에서 상요하는 각종 기구와 수술복의 처리) 소독 (disinfection) – 주로 화학적 방법으로 병원성 미생물을 제거하는 방법 (병원균의 전파력 또는 감염력을 낮추는 역활) 방부제 (antiseptics)- 병원균을 제거하기 위해 살아 있는 조직을 대상으로 상요하는 화학물질 (피부 화학소독제) 예; 주사하기 전 알코올 스펀지로 피부를 닦아내는 작업 2. 소독과 소독제 피부 소독 적절한 피부 소독제를 이용하여 환자의 피부를 소독하는 행위 피부 소독제 (방부제)의 종류 ①알코올: 장점- 세균세포의 단백질을 변성시켜 소독효과를 냄 작용시간이 빠르고 광범위하게 사용 70%-90% 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol)도 이용 정맥주사나 약물 투여전의 피부 소독제로 사용 단점 – 피부를 건조시킨다 혈액이나 체액과 같은 유기물질 또는 오물이 존재할 때 효과가 감소 가연성으로 수술실에서 사용은 특별히 주의

②요오드와 요오드 화합물 요오드 (iodine)는 알콜과 더불어 가장 일반적인 소독제 장점 – 반응속도가 빠르고 값이 싸다 단점 – 피부에 자극을 주고 자주빛의 착색을 초래(현재 - 요오드 화합물 형태로 사용 (idophore)) - 상처치유를 방해 할 수 있다. - 우기물질 (혈액이나 체액)이 존재할 경우 효력이 감소 * 이러한 단점에도 불구, 수술전 손 세척및 수술 절개 전 단계의 피부 소독등에 상용 상품명 – 베타딘(Betadine), 토타딘(Potadine), 포비돈(Povidone) ③과산화수소 (hydrogen peroxide)– 3% 수용액에서 과산화수소는 독성이 없는 아주 약한 소독제 산화 작용에 의해 세균을 제거 임상에서는 상처를 깨끗이 하는데 사용 ④클로르헥시딘 (chlorhexidine) 제제 – 장점 – 피부에서 6시간까지 활성이 유지 되면서 상처 치유를 지연시키지 않음 단점 - 비누 또는 물에 포함되어 있는 각종 미네랄에 의해 활성이 감소 눈에 들어갈 경우 각막염을 일으킬 수 있음 현재 – 4% 용액 상태의 피부 소독제로 널리 사용하고, 비누에 소독제 성분으로 포함하기도 함 ⑤클로록시레놀 (chloroxylenol) – 장점 – 유기물질에 의한 영향을 적게 받는다 단점 – 다른 피부 소독제 (예: 클로르헥시딘 또는 요오드 화합물)에 비해 느리게 작용 상품 – 손 세척용으로 사용되는 상품에 1.5-3.5% 농도로 함유

(2) 수술전 손 세척 • 세균무리 수를 확실하게 감소시켜야 할때는 소독제가 필요 • 유기물 (혈액이나 체액) 등에 의하여 더렵혀졌을 때는 최소한 10 초이상 씻어야 됨 • 수술전 손 세척은 보통 2-5분을 권장 • 병원균을 제거하기 위해서는 흐르는 물로 헹구고, 수도꼭지 등에 의한 재오혐 방지 미국 질병관리센터 (Center for disease Control; CDC)에서 제시한 소독비누 사용에 대한 지침서

(3) 수술시의 피부 처치 피부 소독제 (방부제)의 목적 - 침습적 또는 외과적 처치과정에서 환자의 피부에 존재하는 병원균이 절개부위를 통하여 내부로 들어가지 않도록 하여 미생물의 숫자를 최대한도로 감소. 유기물을 제거하기 위하여 클로르헥시딘 등을 이용, 잔해와 유기물질을 제거 한 후, 알코올, 요오드 화합물 등을 이용하여 피부를 소독.

2) 기구 소독 소독제 중에는 사용자에게 독성 (피부병)을 유발 시켜 주의 요망 환경 소독법에 이용되는 방법들 중 일부는 기구 소독에 사용도 가능 그루타르알데히드 (glutaraldehyde) 2% 용액으로 사용 용액에 의료기구를 수시간 동안 담궈 두면 아포까지 죽일 수 있는 높은 살균력을 기진 기구 소독제 (단, 물품 손상의 원인) 또한, 살균후 소독제를 깨끗이 제거 사용범위 – 내시경, 마취기구 등의 소독에 광범위하게 사용 주의 – 피부와 점막에 자극을 유발 할 수 있으며, 반드시 장갑을 착요한 상태에서 환기가 잘 되는 장소에서 취급 (2) 포름알데하이드 (formaldehyde) 높은 수준의 소독제 일반적으로 0.2-0.4% 포르말린은 백신을 만들거나 바이러스를 제거할 때 사용 기체 상태의 포름알데히드는 방, 빌딩, 직물등의 소독에 이용 주의 – 조직 독성과 발암성 때문에 최근 그 사용빈도가 줄고 있음 사용- 37% 포름알데하이드를 호함하는 수용액 (포르말린, formalin) 또는 91-99% 포름알데히드를 포함하는 파라포름알데히드 형태로 사용

(3) 자비소독 소독할 기구를 물로 끓이는 방법 장점 - 경제적, 독성이 없다, 화학 잔유물을 남기지 않는다. 단점 – 아포는 제거할 수 없다. 아포를 형성하지 않는 보통 병원성 세균들의 제거 60C의 습열에서 30분, 황색포도알균 등은 60C에서 60분 이상, 병원성 세균 또는 곰팡이의 발육형 (vegetative form)은 80C에서 10분 습열하여 멸균, 식중독을 일으키는 Clostridium botulinum의 아포들은 100C에서 5시간 30분 이상 소요 (4) 저온살균법 (pasteurization) 약 60-65C로 가열하여 병원성 세균을 제거하는 방법 파스퇴르(pasteur)에 의해 고안된 것– 우유에 포함된 감염성 세균 제거, 세균 백신의 제조, 청량음료와 음식물 제조의 기본적 살균법으로 응용 (5) 초음파(Ultrasonic)를 이용한 세척법 초음파가 통과할 때 액체 내부에 공동 (cavity)이 형성과 동시에 용해되어 있는 산소로부터 과산화수소가 생성. 경우에 따라 액체 속에 각종 소독제를 넣어 사용

3) 환경 소독 환자를 다루는 주변 환경의 표면또는 기구에 있는 유기물 (혈액, 체액 등)과 병원균의 숫자를 감소시키는 것이 주목적 산화 소독제 (oxidizing agents) 세균 세포 내의 각종 효소를 비롯한 단백질의 –SH기를 산화된 S-S형태로 전환시키는 역활로 각종 효소반응을 억제하여 세균세포를 제거 종류 – 염소 (chloride), 과산화수소(hydrogen peroxide), 요오드(iodine)와 요오드 화합물 ①염소 (chloride) – 대표적인 산화소독제 염소 소독제 – 염소, 치아염소산염 (hypochlorite) 등 유리 염소 – 식수 및 수영장 물의 소독 치아염소산염 (hypochlorite) – 가정과 병원, 식당, 공공 건물 등의 소독제로 널리 이용 가정에서 사용되고 있는 표백제에도 포함 (0.5% sodium hypochlorite) ②과산화수소(hydrogen peroxide): 3% 수용액은 상처 소독에이용, 환경 소독에는 소프트 렌즈 소독에 사용

(2) 페놀 화합물 페놀 (석탄산, phenol) – 역사적으로 사장 오래된 소독제 (최근 사용 빈도 줄어듬) 유기물질이 있어도 효과적으로 작용 단점 – 부식성과 독성이 높다. 신생아 과빌리루빈형증과 현경오염의 원인 클레졸 (cresol)과 색사클로프펜 (hexachlorophene)과 같은 페놀 유도체가잉요 (3) 자외선(Ultraviolet) 소독 미생물의 DNA 기능을 방해함으로써 소독작용 효과적인 살균 파장 240-280nm, 최적 파장 260nm X-선 또는 γ-선과 같은 전리 방사선에 배해 투과력이 약함 자외선은 병원성 균의 공기 전염을 방지하는 기능 (수술실과 같은 밀패된 장소의 공기 소독에 사용) (4) 여과 (Filtering) 매우 작은 구멍이 있는 여과막을 이용하여 균을 제거하는 방법 열에 파괴되기 쉬운 용액에 포함된 균을 제거하는 방법으로 사용 (수술실과 같은 밀패된 장소의 공기 정화에 사용) 4) 화학 소독제의 평가 페놀계수 또는 석탄계수 - 소독제의 활성도는 페놀을 기준으로 한 상대적인 수치로 표시

3. 멸 균 정의 – 모든 미생물을 완전히 제거하는 방법 수술도구, 인체 삽입 기구, 주사바늘 등 각종 멸균방법과 대상 물품의 멸균상태를 확인하는 방법 1) 건열멸균 습열멸균보다 더 높은 온도와 시간이 필요 아포를 포함한 모든 미생물을 제가히기 위해 – 180C 에서 2시간 이상 건열멸균 (dry heat) – 수증기가 스며들지 않는 기름과 같은 물질과 유리도구의 멸균에 이용 병원성 미생물에 오염된 의류, 객담, 쓰레기 등을 불에 태워 멸균시기는 소각법도 있다. 2) 습열멸균(moist heat) - 고압증기멸균법 (autoclaving) 고압증기멸균기 (autoclave)를 이용 병원에서 자주 이용되는 멸균 방법 – 효과적이고 시간이 덜 소요되는방법 방법 – 121-132C과 압력(1평방 인치당 약 6.8kg 또는 15파운드)에서 약 15분 이상 고온. 고압상태 유지시켜 아포가지 모두 파괴할 수 있다. 수술에 이용되는 각종 금속도구, 수술복, 의료 물품들을 멸균, 단 플라스틱과 같은 열과 압력에 약한 것들은 이용불가. autoclave

3) 방사선 멸균 X-선 또는 γ-선과 같은 전리방사선 (이온화 방사선, ionizing radiation)은 자외선보다 더 높은 에너지를 갖고, 파장이 짧아 투과력이 좋아 아포를 포함한 모든 미생물을 파괴 수술용 봉합사, 주사기 바늘, 수술용 칼, 수혈도구 등의 멸균 4) 여과멸균 아주 작은 구멍의 여과막을 이용하는 것 0.22um크기의 여과막을 사용할 경우 세균들은 이 구멍을 통과할 수 없다. (일반세균의크기는0.4~5미크론,박테리아의크기는0.5 ~ 1.5미트론,바이러스의크기는0.01~0.2미크론입니다.따라서세균>박테리아>바이러스순) 예: 골수이식 수술환자의 무균 입원실은 매우 작은 여과막을 이용해 공기를 멸균된 상태로 유지. 5) 가스멸균 산화 에틸렌 (ethylene oxide; EO) 가스를 이용해 효소의 변형을 유도해 멸균하는 방법 이용- 플라스틱 물품, 고무 물품, 전기도구등에 이용 주의 – 가스멸균전 반드시 물품을 건조시켜야 한다. EO 가스는 독성과 발암성도 있어, 멸균 후 물품들을 수시간 동안 통기 EO 가스로 물품을 멸균하고 공기를 내보내는데 최소한 12시간 이상 필요 (시간이 많이 소모) 병원에서 고압증기멸균법과 함께 가장 널리사용되고 있음.

6) 멸균상태의 확인 멸균 감사장치 – 기계적 방법, 생물학적 감시자 화학적 지시자 이용하는 방법 주의 – 멸균 후 일정 기간이 지나면 그 효과가 감소 멸균방법과 시행날짜, 유효기간 등을 표면에 반드시 기입 기계적 감시 (mechanical monitoring) 컴퓨터 도표로 멸균과정에서 나타나는 변화들을 기록 (온도, 압력이 적절한 시간동안 유지되었는지 기록 되므로 멸균과정이 끝난 직후 곧바로 읽어 볼 수 있다.) (2) 생물학적 감시자를 이용하는 방법 아포형성균인 Bacillus subtilis또는 Bacillus stearothermophilus와 같은 생물학적 지시자 (indicator)를 멸균기 안에 넣어 이들이 파괴되었는지 검사 (3) 화학적 지시자를 이용하는 방법 특정 온도에 도달하면 포시가 나타난느 화학물질 (지시자)로 만들어진 종이 테이프 조작이 간단하기에 병원에서 가장 흔히 사용되는 방법

제 7 절 항생제와 화학요법 모든 항생제에 대한 저항성(resistance)을 나타내는 슈퍼박테리아 (super-bacteria)등장 목표 ;항생제의 종류와 적적한 항생제를 선택하는 방법및 항생제 저항성 항생제의 정의 항생제 (antibiotics) – 생명체에서 유래한 물질로서 세균의 성장을 억제시키거나 파괴할 수 있는 물질 항균제 (antimicrobial agents) – 그 물질의 출처와는 관계없이 세균 성장을 억제할 수 있는 모든 물질을 총칭 *항생제와 항균제는 동일한 의미로 사용 참조- 소독제도 항균물질, 하지만 인체 내부에서 심한 독성을 나타내므로 항생제에 포함할 수 없다.

항균역과 항균력 항균역 의미 –항생제의 작용범위 항균력 의미 – 항생제가 어떤 특정 세균에 대해 얼마나 강하게 작용할 수 있는가를 나타낸다. 항균력이 강한 물질은 낮은 농도에서도 그 세균의 성장을 차단 항균력이 낮은 항생제는 동일 농도에서 효과 없음. 살균 (bactericidal) – 세균을 완전히 죽여 없앤다 정균 (bacteriostatic) – 세균의 성장만을 억제시키고 감염균의 퇴치는 환자의 면역 방어기전에 의존 2) 항생제의 선택방법 선택적 독성 (selective toxicity) – 항생제가 갖추어야 할 가장 중요 항생제는 환자에게 피해를 주지 않고, 감염되 세균만 공경, 과민반응을 나타내지 않아야하고항생제로서의 활성을잃지 않아야 한다. 항생제를 합리적으로 선택하기 위해 원인균의 진단이 필요 (의사에 판단에 따른 선항생제 투여 – 생명의 위협초래하는 심각한 감염병, 면역능이 떨어진 사람이 균에 감염되었을 경우)

항생제 감수성 검사 후 항생제 선택 분리한 균이 그람음성 장내세균과 같이 항생제에 대해 내성을 잘 나타내는 경우 뇌막염(meningists), 패혈증(septicemia)과 같이치료하지 않으면 위험한 상태가 되는 감염증일 경우 감염증 심내막염(infectious endocarditis)과 같이 균을 확실하게 제거해야만 하는 경우 2. 세균에 대한 항생제의 작용기전 항생제의 개발 – 원시세포 (원시핵세포,prokaryote)와 사람 세포 (진핵세포, eukaryote)의 차이점을 이용하여 개발 세균 세포에 특이적이고 세균의 새존에절대적으로 필요한 부위로는세포벽 (Cell wall)과 30S+50S 아단위 (subunit)로 구성된 (ribosome)등

세균 세포에 특이적인 구조를 공격하는 항생제들을 작용기전별로 모식화한 사진

세포벽 합성 억제제 세균은 세포벽을 통해 삼투압을 견딤. 세포벽의 합성과 높은 삼투압을 유도해서 터지게 하는 항생제 베타락탐 계열 (페니실린 제제, 세팔로스포린 제제), 사이크로세린, 바시트라신, 반코마이신 등 베타락탐 계열의 항생제 베타락탐(β-lactam)이라고 하는 독득한 구조를 갖는다. 세포벽의 합성을 억제하여 균을 용해시키는 작용 ①페니실린 제제 : 1929년 Fleming에 의해 penicilliumnotatum곰팡이 추출물에서 발견 현재까지 일반적인 치료제로 널리사용, 이를 기본으로 많은 유도체들이 개발됨 가. 자연산 페니실린 제제 : 임상적으로 자주 사용되는 것은 페니실린G (penicilline G or benzyl penicillin), 페니실린 의 곁사슬 (측쇄;side chain)을 약간 변형시킨 페니실린 V는 페니실린 G에 비해 산성 환경에 잘 견디기 때문에 위장관을 통해 흡수가더 잘 되는 장점 나. 반합성 페니실린 제제 (semi-synthetic penicillin) : 자연산 페니실린제제에 다양한 곁사슬을 부착하여 얻은 항생제, 베타락탐 분해효소 (β-lactamase)에 저항성, 그람음성균까지 작용하는 장점. 예: 베타락탐 분해효소를 지니 균들을 파괴 - 메티실린(methicillin), 나프실린(nafcillin)-

② 세팔로스포린 제제: Cephalosporiumacremonium곰팡이에서 추출 페니실린 구조와 유사한 베타락탐 구조를 갖고 있다. 페니실린에 감수성이 있는 모든 세균에 대해 작용 페니실린에 대한 과민성을 지닌 환자에게 사용 개발단계에 따라 제 1,2,3,4세대 식으로 구분 세대가 넘어 갈수록 그람음성균에 작용하는 범위가 더 넓어지나, 양성균에 대한 효과는 낮아진다. 특히, 제 3 세대 세팔로스포린 제제들은 그람음성균에 대한 광범위한 활성이 증가되 약제, 다제저항성 (다제내성,multiple drug resistance) 세균에 대새서도 높은 활성 ③베타락탐 항생제에 대한 저항성 : 베타락탐 항생제에 대한 내성은 베타락탐 구조를 분해하는 효소 (β-lactamase)때문이다. 현재 반합성 페니실린제제와 반합성 세팔로스포린 제제 개발의 주 목표는 베타락탐 분해효소의 작용을 피할 수 있는 항생제 개발을 위해

(2) 반코마이신(vancomycin) 그람양성 알균에 대한 항생제로 개발 (인체에 심한 독성을 가짐) 최근, 페니실린에 대한 내성균들 중 메티실린에 대한저항성 (내성)도 함께 획득한 황색포도알균 감염증이 증가함에 따라 치료제로 사용. 대장 내 Clostridumdifficile의 과증식(overgroth)으로 인한 위막성 대장염(psedomembranous colitis, antibiotic-associated colitis)의 치료제로도 이용 1996년 부터 반코마이신에 대한 저항성균 (내성균: 슈퍼박테리아) 발견- 반코마이신에 대한 저항성 획득을 차단하기 위하여 항생제의 사용을 엄격히 제한됨 (3) 사이크롤세린 (cycloserin) 세균의 세포벽 합성을 억압하는 역활 중추신경계에 대한 독성 때문에 주로 결핵치로제로만 사용 (4) 바시트라신 (bacitracin) 심한 부작용 (콩팥기능에 대한 독성)으로 전신적으로 투여하지는 안음. 상처 부위에 세균감염을 막기 위한 외용제(연고)로 사용됨

2) 세포막 기능 저해제 세포의 구조는 사람과 세균이 비슷하여 항생제 사용시 환자에게도 독성이 나타나 널리 사용되고 있지 않음 폴리믹신 제제(Polymixin) A,B,C,D,E등 5개의 군으로 구분, 심한 독성으로 B, E (colistin)만 사용 (외용제로만) (2) 폴리엔 제제(polyene) 곰팡이(진균) 감염 질환에 대한 치료제(항진균제, anti-fungal agents)로 널리 사용 암포테리신 B(amphotericin B) 와 나스타딘 (nystatin) 곰팡이 세포막에 있는 스테롤(sterol)을 공격하여 효과를 나타냄 세균 세포막에는 스테롤이 없어 세균에 대한 효과가 없다 (3) 아졸 제제(azole) 곰팡이 감염질환에 대한 치료제로 사용 이 부류에 속한는 항진균제 – 케토코나졸(ketoconazole), 미코나졸(miconazole), 이트라코나졸 (itraconazole)등

3) 단백질 합성 억제제 단백질 합성 – DNA 유전정보 – RNA합성전사(transcription)- 리보솜(Ribosome) 에서 암호 해독 translation– 단백질 합성protien 전사기능 억제제 대표적인 항생제 – 리팜핀 (Rifampin) RNA의존성 중합효소(DNA-dependent RNA polymerase)를 비활성화시켜 단백질 활성 억제 결핵의 1차 치료제 중 대표적인 약제, 수막염균(Neisseria meningitidis)에 의한 뇌막염 예방에도 이용, 한센병(leprosy)의 치료제 (2) 해독기능 억제제 세균 세포에서 mRNA가 단백질로 번역되는 과정에서 리보솜이 반드시 필요 세균 세포의 리포솜 30S와50S의 아단위 사람 세포의 리보솜 40S와60S의 아단위로 서로 다름.

①30S 리보솜 아단위 억제제 가. 아미노글리코시드 (aminoglycoside) 제제 이곳에 속하는 항생제는 그람양성균, 그람음성균, 결해균까지 광버위한 활성을 나타냄 콩팥기능에 독성을 나타내는등 각종 부작용 종류 – 스프렙토마이신(streptomycin), 네오마이신(neomycin), 카나마이신(kanamycin), 아미카신(amikacin), 켄타마이신(gentamicin), 토프라마이신(tobramycin), 스펙티노마이신(spectinomycin) 나. 테트라사이클린 제제 테트라사이클린(tetracycline) 제제는그람양성균, 그람음성균,미토프라스마, 리케차, 클라미디아 등 매우 넓은 범위로 사용되고 있는 항생제 종류 –테트라사이클린 (tetracycline), 도시사이클린(dexycycline), 미노사이클린 (minocycline)등 ②50S 리보솜 아단위 억제제 가. 클로람페니콜 (chloramphenicol) 위장관에서 신속하게 흡수되어 뇌와 뇌척수액을 포함한 모든 조식에 잘 침투 Hemophilusinfluenzae에 의한 뇌막염 치료제로 사용 무산소균(혐기성 세균) 감염의 치료 장티푸스균 (Salmonella typhi)에 의한 겸여증에도 이용 나. 에리스로마이신(erythromycine): Mycoplasma pneumoniae와 레지오넬라균 (legilnellapneumophila)에 의한 감염증, 디프테리아, 백일해 등의 1차 치료약제

다. 클린다마이신 (clindamycin): Bacteroidesfragilis와 같은 무산소성 (혐기성) 그람음성균 감염증의 치료에 사용 약제를 장기간 사용시 정상적인 장내 세균무리의 활동이 억제되어 Clostridium difficile의 증식에 의한 위막성 대장염(pseudomembranous colitis)과 심한 설사가 초래되기도 함 ③단백질 조립 억제제: 클리세오폴빈(griseofulvin)– 곰팡이 감염질환 (진균 감염증)에 사용 4) 핵산 기능 저해제 선택적 독성이 맞아 사람의 DNA에도 영향을 미친다. 이러한 이유로 세균DNA를 공격하는 항생제로 개발된 물질들 중에는 항암제 (anti-cancer drug)로 사용되는 경우도 많다. 선택적 독성이 비교적 높기 때문에 임상에서 흔히 사용 퀴놀론 제제 ①나리딕식산(nalidixic acid): 항생제 최초로 개발(퀴놀론 (quinolone) 제제) 주로 대장균에 의한 요로 감염 (urinary tract infection)치료제 ② 기타 귀놀론 제제 : 나리딕식산 이후 노프로사신(norfloxacin), 시프로프로사신 (ciprofloxacin), 오프로사신 (ofloxacin)등과 같은 새로운 퀴놀론 제제들이 개발 나리딕식산에 비해 장재 그람음성균들 뿐만 아니라 포도알균, 녹농균에 이르기까지 광범위한 활성을 지님 (2) 메트로니다졸 – 무산소균 (혐기성 세균) 감염증과 일부 원충류(protozoa, 기생충)에 의한 감여증의 치료에 이용

5) 대사 대항제 (길항제) 세균 세포 내에서 일어나는 대사 (metablism)과정을 억압하여 세균의 성장을 억제 대표적인 항생제 – 엽산 (floic acid)합성경로 차단 엽산 합성경로 억제제 엽산을 합성하는데 필요한 물질과 유사한 구조이나, 세균 세포가 필요로 하는 최종적인 물질은 합성되지 않음 엽산을 합성하는데 필요한 물질과 유사한 구조

엽산 합성경로와 각 경로에 작용하는 항생제 ① 술폰아미드 (sulfonamide): 1930년대에 소개된 후 인류 역사상 가장 최초로 광범위하게 사용된 항생제 엽산을 합성할 때 필요한 aminobenzoic acid (PABA)의 구조적 유도체로, 이 항생제는 PABA와 경쟁하여 엽산의 합성을 방해 ② 트라이메소프림 (trimethoprim): 세균이 생성한는 dihydorfolic acid (DHF)환원효소를 억제하여 dihydrofolic acid 가 tetrahydrofolic acid (THF)로 환원되는 것을 차단. 술폰아미드 제제 중의 하나인 술파메톡사졸 (sulfamethoxazole) 과 함께 환합ㄴ 것을 사용(trimethoprim/sulfamethoxazole; TMP/SMX).

③ 술폰제 : PABA와 구조가 비슷한 술폰제 (sulfone)는 dapsone 이라 불림 한센병(leprosy) 의 1차 치료제로 사용 (2) 기타 대사 대항제 : 이소니아지드 (isoniazid) 결핵균에 매우 특이적으로 작용하는 항생제 1차 결핵 치료제로 이용 약제 저항성을 억제하기 위하여 하나 이상의 항생제와 함께 사용 (예: 이소니아지드 +리팜핀 등) 주의 – 간 독성, 말초신경염 등의 부작용 3. 항생제 저항성 (Antibiotic resistance) 항생제(내성)저항성 9Antibiotic resistance gene) – 항생제에 대해 저항할 능력을 획득해 항생제에 저항 할수 있는 유전자 항생제를 오래 사용에 있어 감수성을 나타내는 균은 사멸하나 저항성을 갖는 균은 내성을 갖는다. (항생제 요법의 효과를 제한하는 주요한 요인)

항생제 저항성 기전 세균이 항생제 저항성을 획득하는 기전 ①항생제가 세균 내부로 침투하기 전에 항생제를 파괴시키는 효소를 외부로 생산해 내어 그 항생제를 비활성화 시킨다 (예:베타락탐 분해효소). ② 세균 세포벽을 변화시켜 세균 세포 내로의항생제 침투를 막는다. ③ 항생제가 세균 세포 내로 들어오자마자 이 항생제를 세균 세포 밖으로 배출 시킨다. ④항생제의 표적 부위나 대사경로를 바꾸어 항생제가 효과를 나타낼 수없게 한다. 이러한 기전에 살아남은 세균은 항생제 저항성 유전자를 플라스미드 (plasmid)또는 삽입염기서열(transposon)구조에의해 다른 세균으로 옮겨 특정 항생제에 대한 저항성이 광범위하게 퍼진다. 2) 교차저항 (교차내성: cross-resistance) 어떤 항생제에 대해 저항성을 나타내는 세균 작용기전이 다른 항생제에 대해서도 저항성을 나타낸다. 화학적으로 관련이 깊은 약제들 사이에서관찰 (예: 아미노클리코시드 제제) - 한 항생제에 내성을 보이는 균에 감염되었을 때, 그 항생제와 작용기전이 비슷한 항생제는 사용하지 않는 것이 좋다.

3) 항생제 저항성을 최소화 하는 방법 ①원래의 균 집단과 첫 번째 저항성 유전자 획득균을 파괴하기 위하여 항생제 농도를 충분히 높게 유지시키고, 사용기간을 단축하지 않는다. ②교차저항이 없는 두 가지 이상의 항생제를 동시에 투여 (항생제 병용), 어느 한쪽에 대해 항생제 효과를 얻고, 저항균의 출현을 억제시킨다. (예: 결핵치료 항생제 – 리팜핀과 이소니아지드) ③특별히 귀중한 항생제 (예: 반코마이신)는 사용을 제한하여 가능한 세균에 노출시키지 않도록 한다. 항생제 남요, 동물 사료에 포함제한, 의료종사자들의 노력, 사회적인 홍보와 지역사회의협력이 필요 4. 항생제의 병용효과 항생제의 병용 (antibiotic combination) – 활성기전이 다른 둘 또는 그 이산의 항생제를 선택하여 환자에게 사용하는 방법 (항생제의 항균력(synergy) 총합보다 더 높은 항균력을 얻기 위한 목적으로 사용) 5. 항생제 남용의 위험성 ①항생제에 대한 감작(sensitization)되어 과민반응(hypersensitivity)을 초래 (예:페니실린 알레르기) ②채내 정상 균무리가 변화되어 저항성균 (내성균)이 과잉 성장할 가능성이 높다. (위 막성 대장염, 여성의 질염이 초래되기도 함) ③미생물 집단에 광범위한 항생제 저항성이 형성된다(반코마이신에 대한 저항성균 (슈퍼박테리아)의 출현으로 사망자가 출현

6. 항생제의 감소성 검사 (antibiotic sensitivity) 항생제를 작용시켰을 때, 그 세균의 성장이 억제되거나 파괴되어 치료제로 사용될 수 있음 원리에 따른 분류 -희석법(dilution method)과 확산법(diffusion method) 희석법(dilution method) 균을 억제하거나(MIC) 또는 죽이는데(MBC) 필요한 항생제의 최소요구량을 구하는데 이용한다. 최소발육저지농도(minimal inhibitory concentration : MIC) -적당한 농도의 항생제를 액체배지에 희석한 후 균을 접종하여 균의 성장 유무를 관찰하는 방법 최소살균농도(minimal bactericidal concentration : MBC) – 적당한 농도의 항생제를 평판배지에 희석한 뒤 균집락(colony)이 형성되는지 않는 농도를 구할때 사용 2)확산법(diffusion method) 원판확산법 (disk diffusion method, Kirby-Bauer method)– 특정한 농도의 항생제를 함유하는 여과지로 만든 원판을 사용하는 방법 검사하는 균을 골고루 도말한 평판배지위에 원판을 올려놓으면 이 내부에포함된 항생제가 배지 표면으로 확산 그 결과 원판을 중심으로 세균의 증식이 나타나지 않는 원이 생기게 된다. 그 원의 직경을 측정하여 감수성 여부를 판정하는 방법

제 5 절 세균의 유전과 분자 생물학

제 5 절 세균의 유전과 분자 생물학

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