항생제 기전과 항생제 내성 탐구!! - 항생 한약탐구!!

[문형철]

항생제 기전 정리 (Antibiotic Mechanisms of Action)

항생제는

주로 세균의 필수 생존 과정을 선택적으로 방해

1. 세포벽 합성 억제 (Cell Wall Synthesis Inhibitors)

가장 흔한 기전.

세균 세포벽(펩티도글리칸)의 합성을 막아 세포가 터지게 함 (bactericidal).

항생제군                대표 약물                                                  상세 기전                                                 스펙트럼/특징

β-Lactam	Penicillin, Cephalosporin, Carbapenem, Monobactam	PBPs (Penicillin-Binding Proteins) 억제 → 가교 형성 방해	Gram+, Gram- (세대별 차이)
Glycopeptide	Vancomycin, Teicoplanin	D-Ala-D-Ala 말단 결합 → transpeptidation 억제	MRSA, Gram+
Others	Bacitracin, Cycloserine	Lipid carrier / D-Ala 합성 억제	국소/특수용

임상 포인트: β-Lactamase 생성균 → 내성. MRSA는 Vancomycin.

2. 단백질 합성 억제 (Protein Synthesis Inhibitors)

리보솜(30S 또는 50S subunit)에 결합하여

번역 과정을 방해 (대부분 bacteriostatic, 일부 cidal).

리보솜 표적항생제군대표 약물기전

30S	Aminoglycoside	Gentamicin, Amikacin, Tobramycin	30S 결합 → misreading, energy-dependent uptake
30S	Tetracycline	Doxycycline, Minocycline	tRNA 결합 부위 차단
50S	Macrolide	Erythromycin, Clarithromycin, Azithromycin	Peptidyl transferase / tunnel 차단
50S	Lincosamide	Clindamycin	Peptidyl transferase
50S	Oxazolidinone	Linezolid	Initiation complex 형성 억제
50S	Chloramphenicol	Chloramphenicol	Peptidyl transferase

임상 포인트: Aminoglycoside는 concentration-dependent killing (농도 의존적 살균). Macrolide는 time-dependent.

3. 핵산 합성 억제 (Nucleic Acid Synthesis Inhibitors)

표적항생제군대표 약물기전

DNA 복제	Quinolone/Fluoroquinolone	Ciprofloxacin, Levofloxacin, Moxifloxacin	DNA gyrase (Topoisomerase II) & Topoisomerase IV 억제
RNA 합성	Rifamycin	Rifampin (Rifampicin)	RNA polymerase β subunit 결합 → 전사 억제
DNA 손상	Metronidazole	Metronidazole	환원되어 DNA strand break 유발 (혐기성균)

4. 세포막 손상 (Cell Membrane Disruptors)

항생제군대표 약물기전

Polymyxin	Colistin, Polymyxin B	Lipopolysaccharide (LPS) 결합 → 외막 파괴
Lipopeptide	Daptomycin	세포막에 삽입 → K+ 유출, depolarization

5. 대사 경로 억제 (Metabolic Pathway Inhibitors)

• Folate 합성 억제 (주로 bacteriostatic):
  • Sulfonamide (Sulfamethoxazole): PABA 경쟁 억제
  • Trimethoprim: Dihydrofolate reductase 억제
  • Co-trimoxazole (SXT): 위 둘을 병용 → sequential blockade

6. 기타 / 신규 기전

• Mupirocin: Isoleucyl-tRNA synthetase 억제 (국소)
• Fidaxomicin: RNA polymerase σ subunit 억제 (Clostridioides difficile 특이)
• Pleuromutilin (Retapamulin): 50S 리보솜

기전별 특징 요약

기전 유형살균성 (Cidal)정균성 (Static)내성 발생 위험주요 내성 기전

세포벽 억제	높음	-	중간	β-Lactamase, altered PBPs
단백질 합성 억제	Aminoglycoside	대부분	중간~높음	Efflux, ribosomal mutation
DNA/RNA 합성 억제	높음	-	높음	Target mutation, Efflux
세포막 손상	매우 높음	-	낮음	Membrane modification

추가 팁 (임상 적용)

• Bactericidal vs Static: 면역 저하 환자에서는 cidal 제제를 우선.
• Synergism: β-Lactam + Aminoglycoside (enterococcus), β-Lactam + β-Lactamase inhibitor.
• 내성: Efflux pump, Target alteration, Enzymatic inactivation, Biofilm.

항생제 내성 메커니즘 (Antibiotic Resistance Mechanisms) 정리

항생제 내성은 세균이 항생제의 작용 기전을 회피하거나 비활성화하는 능력으로, 현재 가장 큰 공중보건 위협 중 하나입니다. 내성은 크게 Intrinsic (선천적)과 Acquired (획득적)으로 나뉘며, 획득적 내성은 유전자 이동(plasmid, transposon, integron)을 통해 빠르게 확산됩니다.

1. 주요 내성 메커니즘 분류

메커니즘 유형설명대표 항생제주요 내성 유전자 예시

1. 효소에 의한 항생제 불활성화	항생제를 화학적으로 분해 또는 변형시켜 무효화	β-Lactam, Aminoglycoside, Chloramphenicol	bla (β-lactamase), aac, ant (aminoglycoside-modifying enzyme)
2. 표적(Target) 변형	항생제가 결합하는 부위를 구조적으로 변화시켜 결합 방해	β-Lactam, Macrolide, Quinolone, Linezolid, Vancomycin	mecA (PBP2a, MRSA), erm (ribosomal methylation), gyrA/parC mutation
3. Efflux Pump (유출 펌프)	세포 내로 들어온 항생제를 능동적으로 세포 밖으로 배출	Tetracycline, Fluoroquinolone, Macrolide, β-Lactam	tet(A), mexAB-oprM (Pseudomonas), acrAB-tolC (E. coli)
4. 세포막/세포벽 투과성 감소	외막 porin 감소 또는 LPS 변화로 항생제 유입 차단	β-Lactam, Aminoglycoside, Polymyxin	oprD downregulation (Carbapenem 내성 Pseudomonas), Lipid A modification
5. 대체 생존 경로 (Bypass)	억제된 경로를 우회하는 대체 효소/경로 발현	Trimethoprim-Sulfamethoxazole, Vancomycin	van gene cluster (VRE), sul gene (sulfonamide)
6. Biofilm 형성	다당류 매트릭스로 보호막 형성 → 항생제 침투 및 면역 회피	거의 모든 항생제	-
7. Persistence (지속세포)	휴면 상태(dormant)로 들어가 항생제에 둔감해짐 (non-genetic)	모든 항생제	Toxin-Antitoxin 시스템

2. 항생제군별 대표 내성 메커니즘

β-Lactam 계열 (가장 중요)

• β-Lactamase 생산 (ESBL, AmpC, Carbapenemase: KPC, NDM, OXA-48 등)
• Altered PBPs (mecA → MRSA, PBP2b 등)
• Porin loss + Efflux

Aminoglycoside

• Modifying enzymes (AAC, ANT, APH)
• 16S rRNA methylase (armA, rmt)

Macrolide / Lincosamide / Streptogramin (MLS_B)

• erm gene: ribosomal methylation (constitutive or inducible)
• Efflux (mef, msr)

Fluoroquinolone

• QRDR (Quinolone Resistance Determining Region) mutation (gyrA, parC)
• Plasmid-mediated (qnr, aac(6')-Ib-cr, oqxAB)

Vancomycin

• vanA, vanB 등: D-Ala-D-Ala → D-Ala-D-Lac (또는 D-Ser)로 변경 → vancomycin 결합력 1000배 감소 (VRE, VRSA)

Tetracycline

• Efflux (tet genes)
• Ribosomal protection (tet(M), tet(O))

Linezolid

• 23S rRNA mutation, cfr gene (methylation), optrA, poxtA

3. 내성 확산 기전

• Horizontal Gene Transfer (HGT): Conjugation (plasmid), Transformation, Transduction
• Integrons & Transposons: 다중 내성 유전자 cassette 이동
• Superintegron: Vibrio 등에서 대규모 내성 유전자 저장

4. 임상적으로 중요한 다제내성 균주 (MDR)

• MRSA (mecA)
• ESBL / Carbapenemase-producing Enterobacterales (CRE)
• VRE (vanA/B)
• MDR Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii (XDR)
• MDR-TB (rifampin + isoniazid)

5. 대응 전략 (간략)

• Antimicrobial Stewardship: 적절한 사용
• Combination Therapy: Synergism 활용 (예: β-lactam + β-lactamase inhibitor)
• 신약: Novel β-lactam/β-lactamase inhibitor (ceftazidime-avibactam, meropenem-vaborbactam, imipenem-relebactam 등)
• 비항생제 접근: Phage therapy, CRISPR, Anti-virulence, Host-directed therapy