세계 보건기구(WHO)에 따르면, 항생제 내성 증가 문제는 건강, 식량 안보, 그리고 개발에 대한 세계의 가장 큰 위협 중 하나이다. 항생제 내성은 자연적으로 발생할 수 있지만, 항생제의 광범위한 오용으로 인해 내성이 널리 전파되고 있다. 항생제를 부적절하게 사용한 결과, 항생제로 쉽게 조절되던 일부 감염은 항생제의 영향이 점점 줄어들면서 치료가 어려워지고 있다. 임질, 폐렴, 살모넬라증, 결핵 모두 항생제 내성이 높아져 치료가 어려워지고 있다. 전 세계의 의료 시스템은 더 오랜 입원 기간과 치료가 어려운 감염과 관련된 사망률 증가뿐만 아니라 이에 대한 압박을 느끼기 시작하고 있습니다.
항생제 내성이 어떻게 확립되는지 더 잘 이해하는 것은 항생제 내성을 예방하기 위한 전략을 개발하는 데 필수적이다. 세포 수준에서 항생제 내성의 특성을 밝히는 연구는 항생제 내성을 유발하는 박테리아 세포벽과 다른 세포 구조의 저항 메커니즘을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 여기서는 이 분야의 현재 지식에 대해 논의합니다.
세균 세포의 구조
감염을 일으키는 박테리아는 그람 양성 또는 그람 음성으로 정의된다. 그람 양성 박테리아는 세포질 막을 둘러싸고 있는 단단하고 단단한 세포벽을 가지고 있다. 대조적으로, 그람 음성 박테리아는 얇은 세포벽을 둘러싸고 있는 외막(OM)이라고 불리는 지질 막을 가지고 있다. 세균 주변은 OM과 세포질 막 사이에 위치한 공간이다. OM은 그람 음성 박테리아를 박테리아로 들어가려는 물질로부터 보호하기 위해 여분의 층으로 작용한다. 수년 동안 과학자들은 세균의 용해를 유도하기 위해 세포의 구조적 무결성을 손상시키기 위해 항생제를 개발해왔다. 수십 년 동안, 항생제는 효과적으로 그들의 목적을 달성했지만, 현재, 대부분 이러한 약물의 오용으로 인해, 심각한 감염을 일으키는 박테리아는 점점 더 내
박테리아 세포 구조가 항생제 내성과 어떻게 연결되어 있는지
세균을 침입하는 분자로부터 보호하는 OM은 또한 감염에 대한 치료 방어의 기회를 제공한다. 막 층은 분자가 그것들을 통과하도록 하는 통로인 포린을 포함한다. 과학자들은 이 박테리아의 자연 구조를 이용하는 치료 분자를 개발했다. 항생제와 같은 약물 분자는 확산 또는 자가 흡수를 통해 막을 통해 흡수될 수 있다. 친수성 분자는 포린을 통해 세균의 OM을 통과할 수 있다. 포린 채널의 수가 감소하면 β-락탐 항생제를 포함한 특정 종류의 항생제에 대한 내성이 증가한다고 생각된다. 박테리아가 항생제의 효능을 감소시킬 수 있는 또 다른 방법은 유출 펌프라고 알려진 막 단백질을 모집하는 것이다. 이 펌프들은 세포에서 항생물질 분자를 제거하고 세포 내로 이동하는 동안 적극적으로 항균물질을 펌프질 하여 세포 내 농도를 낮게 유지한다. 유출 펌프는 OM과 같은 포린이 아닌 세포질 막에 위치한다. 대부분의 유출 펌프는 다양한 항생제를 펌프질 할 수 있는 다중 약물 운반체이다. 모든 종류의 항생제는 유출 펌프에 의해 영향을 받을 수 있으며, 따라서 유출 펌프 시스템을 통해 모든 종류의 항생제에 대해 항생제 내성이 발생할 수 있다. 표적 분자의 변형은 항생제 내성으로 가는 또 다른 경로이다. 항균제의 대상 부위는 대상 부위와 함께 약물 결합의 예방을 성공적으로 초래하는 자연적 변화 및 후천적 변화의 영향을 받는다. 자발적 돌연변이는 종종 대상 부위의 구조를 바꾸는 원인이다. 부위의 작은 변화라도 특정 부위를 목표로 하는 약물의 정밀 공학으로 인해 항생제의 효능이 크게 저하될 수 있다.
항생제 내성을 유발하는 수많은 일반적인 변화가 발생할 수 있으며, 여기서는 가장 일반적인 변화를 검토한다. 리보솜의 30S 서브유닛 또는 50S 서브유닛에 발생하는 변화는 아미노 글리코사이드, 클로람페니콜, 마크로라이드, 테트라사이클린, 클로람페니콜을 포함한 단백질 합성을 목표로 하는 항생제에 대한 내성을 유발한다. 그람 양성 세균의 항생제 내성은 종종 페니실린 결합 단백질 변형에 의해 발생한다. 암피실린에 대한 장구균 내성은 이 경로를 통해 발생한다. 연쇄상구균 폐렴구균은 옥사 실린 과 메티실린 모두에 대해 유사한 경로를 통해 발생하는데, 연구에 따르면 유전 요소인 포도상구균 카세트 염색체 mec가 S.aureus 염색체에 통합되면 항생제 내성이 발생한다. E. faecium과 Enterococcus faecalis의 박테리아 균주는 그람 양성 박테리아에서 세포벽 전구체의 변화 과정을 통해 테이코플라닌과 반코마이신에 대한 높은 수준의 내성을 발달시켰다. 항생제 내성에 대한 다른 경로는 하나 이상의 분자의 변형과 관련이 있다. DNA 고리화 효소와 토포가소머레이스 IV 효소의 변형은 플루오로퀴놀론 내성을 유발하여 DNA 복제 실패를 야기하고 플루오로퀴놀론이 결합할 수 없게 된다. 마지막으로 RNA 중합효소에 대한 돌연변이는 리팜피신에 대한 내성을 초래하는 것으로 나타났다.
전반적으로, 세포 구조의 변화를 이끌 수 있는 광범위한 유전자 돌연변이가 있으며, 이로 인해 항생제 내성이 발생한다. 다른 항생제는 종종 다른 종류의 돌연변이에 의해 위협받는다. 세포 수준에서 이러한 돌연변이에 대해 더 많이 이해하는 것은 전염병이 매우 효과적인 약물로 계속 싸울 수 있도록 하기 위해 더 높은 수준의 내성을 가진 항생제를 개발하는 것을 돕는 데 필수적이다.
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