동물용 항균제 내성확산과 대책을 둘러싼 최신 동향 <PART 6>

이인호 / 전 식약처 국가항생제내성 안전관리사업 전문위원

들어가며

사람용과 동물용 항균제의 병원균에 대한 약제 내성화가 갈수록 심화되는 것이 분자생물학기법을 통한 과학적 증거로 확인되고 있어 새로운 시각의 해석이 요구되고 있다. 내성진화의 심각성으로 인해 동물용 항균제 약효가 갈수록 저하되는 문제의 본질파악에 있어서 임상경험과 공인병성감정기관의 약제 감수성 결과만을 가지고는 실제 현장에서 벌어지고 있는 현상을 설명하기에는 한계가 분명히 드러날 수밖에 없는 지경에 이르고 있다.

메타지노믹스(Metagenomics)를 비롯한 오믹스(Omics) 시대에 부합되는 분자생물학과 바이오필름을 비롯한 생물현상에 대한 수준급의 이해 없이는 새로운 패러다임(세상을 보는 시각)을 적용한 미래지향적인 재해석을 하는 것은 요원하다고 해도 과언이 아니라고 할 수 있다.

동물용 항균제 내성문제와 관련해 비전문가들에게 주워들은 지식과 정보나 인터넷에 떠돌아다니는 블로그 지식만을 가지고는 자칫 잘못하면 【소경이 서경을 인도하는 사례】가 발생될 수 있는 우려가 있기 때문에 분별력이 요망되고 있다. 일본의 경우에는 필자가 매년 국내에서 유일하게 참가하는 오랜 전통을 지닌 동물용 항균제연구회 및 일본화학요법학회가 매년 개최하는 심포지엄(12월 20일 동경 국제포럼B7층 개최, 관련자료 1)을 비롯해 국내 학회 수준을 능가하는 연구회모임이 활성화되고 있어, 관련업계 종사자들이 항균제 내성관련 최신 동향을 파악하고 교류하면서 ‘내성전문가라면 이 정도 수준은 되어야 하는 구나’라고 파악하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다.

이에 비해, 우리나라 관련업계 종사자들은 이러한 심포지엄에 참가하지도 않다 보니 Nature review Microbiology를 비롯한 수준급 학술논문지와는 거리가 먼 【우물 안 개구리 수준】에 불과한 수준의 지식만을 가지고도, 마치 내성전문가라도 되는 양 착각을 하는 경우도 볼 수 있어 대조를 나타내고 있다.

국내 K수의과대학 출판부와 일본 近代出版에서 발간하는 수의약리학 교재에 기술되고 있는 내용수준만을 이해하는 정도를 가지고는 결코 현재 Nature나 Science자 같은 저널에 발표되는 오믹스 차원의 항균제 내성관련 발표자료를 읽고 이해하며, 실전에 적용한다는 것은 불가능하다고 할 수 있다. 동물용 항균제 내성 전문가 수준으로 대우를 받고 싶은 관련업계 종사자들은 이러한 저널의 발표내용을 꾸준하게 이해해서 일반 양돈농가들도 쉽게 첨단 지식을 접하는 것이 가능하도록 하는 것을 한시라도 망각해서는 안 된다.

일본을 비롯한 선진 축산국가에 비해 대학에서 가르치는 전반적인 기초학문분야 수준도 떨어지고, 관련분야 네트워크 인프라도 제대로 구축하지 못하고 있는 마당에, 첨단 지식흡수와 소화를 위해 헌신적인 전령사 역할을 하는 사람도 없다면 우리는 영영 학문의 종속국이 될 수밖에 없는 것은 너무도 자명하다고 할 수 있다.

삼성의 이건희 회장이 독일 프랑크푸르트 가전전시회에서 자사의 제품이 창고더미에 놓여 있는 것을 보고 충격을 받아, 마누라와 자식을 빼고는 모든 것을 바꾸어야 산다고 하는 자극을 가한 후에, 삼성이 오늘날 세계적인 가전업체로 성장한 것처럼, 관련업계 종사자들도 우리나라 국력에 맞는 과학적 수준에 이르기 위해서는 미국 명문사립대학의 사례에서 보듯이 세계적인 수준의 저널내용을 수업교재로 삼아 이해하고 토론하면서 국제화시대를 살아갈 수 있도록 옥토 밭에 씨를 뿌리는 일이 계속돼야 한다.

따라서 본고에서는 계속해서 본 주제와 관련된 최신의 내용을 정리해서 제공함으로써 독자들의 이해를 돕고자 한다.

<관련자료 1> 일본화학요법학회 내성균 심포지엄 2014 참가모습. 12월 20일 동경국제포럼 B7층에서 개최된 심포지엄에 한국인으로는 유일하게 본인이 참석하여 일본 전문가들로부터 MRSA, ESBL, CRL을 비롯한 미국 CDC가 정한 주요 내성원인균에 대한 최신 동향을 파악할 수 있는 귀중한 자리였다. 밖에서 비가 내리는 가운데 넓은 홀을 가득 메운 채, 휴식시간에 커피 한잔의 대접이 없음에도 불구하고 마지막 강연까지 자리를 채우며 활발한 질의응답 및 토론하는 모습은 인상적이었다.

1. 바이오필름과 항균성물질 내성화의 새로운 시각적 해석

이미 본지를 통해서 바이오필름 관련 내용을 계속해서 소개한 바 있다. 우리나라에서는 수의사들은 물론이고, 관련업계 종사자들이 니플 급수관에서만 문제가 좀 될 뿐이고, 나머지 분야에서는 별로 문제시될 것이 없는 것처럼, 여기는 바이오필름 현상을 왜 선진국에서는 그처럼 많은 연구를 해서 Nature, Science는 물론이고, FEMS Pathogen&Disease(2014)를 비롯한 학술논문지에서는 특집호까지 발간하는지에 대해 국내 관련업계 종사자들은 심각하게 고민해 보는 과정을 거쳐야 한다.

사람의료와 식품분야에서는 이처럼 비중 있게 다루는 바이오필름현상이 수의·축산분야에서는 문제가 되지 않아 이를 무시하고 사물의 현상을 해석하는 것이 가능해 그러는지는 몰라도, 관련업계 종사자들 중에는 무식이 충만한 소리를 거침없이 하는 경우를 목격할 수 있다. 그러나 분명한 것은 국내 연구진이 수준이 떨어져서 밝혀내지 못해도 선진국 연구진들이 매우 심도 깊은 수준까지도 수의분야에 해당되는 부분을 밝혀내고 있다는 사실이며, 바이오필름현상이 동물용 항균제 내성화의 심각성에도 영향을 미치고, 더 나아가 치료실패의 요인으로도 관여하고 있다는 것을 증명해 보이고 있다는 사실이다.

흉막페렴의 사례에서 보듯이 MIC와 MBEC 관련 증거가 2002년에 발견된 사실이 2012년 Microbial Drug Resistance에 다시 재확인되고 있고, 2010년 Veterinary Microbiology에 전자현미경으로도 흉막폐렴원인균에서 바이오필름현상이 확인되는 것이 보고되고 있다. 이외에도 많은 과학적 논문들이 바이오필름이 수의분야에서도 영향을 미치고 있다는 것을 확인시켜주고 있는데, 국내 관련업계 종사자들은 언제까지 눈앞에 보이는 현상의 해석에만 급급한 나머지 바이오필름현상같이 불현성의 현상을 외면한 반쪽짜리 해석만을 내놓으면서 시대에 뒤떨어진 행위를 하며, 궤변을 늘어놓는 작태를 하려는지 각성을 필요로 하고 있다.

<관련자료 2>에서 보듯이 일본 임상수의사들을 대상으로 하는 수의전문지에 일본 전문가들은 왜 바이오필름과 관련된 전문내용을 연재하고, <관련자료 3>과 같은 전문교재는 왜 발간되어서 전 세계에 판매되는 것인지에 대해서도 국내 임상수의사들은 물론이고, 관련업계 종사자들이 분명한 태도를 표명해야 한다. 저들은 모두 정신 나간 사람들이거나 사이비 집단에 속해서 바이오필름현상과 관련된 기술을 하는 수고를 하고, 국내 관련업계 종사자들은 수준이 높아서 바이오필름현상을 그리 우습게 여기면서 넘어가고 있는 것인지를 스스로 증명해야 한다.

<관련자료 2> 일본 임상수의지 2014년 12월호. 일본의 대표적인 수의전문지인 臨床獸醫지에 10월부터 QS와 마크로라이드라는 제목의 연재가 계속되고 있고, 그중 12월호부터는 바이오필름과 관련된 내용이 소개되고 있는 것을 볼 수 있다. 바이오필름현상이 수의분야에서 문제가 되지 않고, 항균제 내성을 둘러싼 제반 문제와 무관하다면 일본의 저명한 임상수의사와 교수가 무엇 때문에 이러한 연재를 계속하면서 지식제공을 하는지를 국내 임상수의사들과 관련업계 종사자들은 깊이 묵상해 보는 자세가 요망된다.

<관련자료 3> 2014년에 발간된 Springer사 Antibiofilm Agents 교재. 이 교재에는 바이오필름 억제와 관련된 성분들에 대한 최신 동향이 소개되고 있어, 바이오필름현상을 올바르게 이해하고 억제하는 무기를 장착하려는 관련업계 종사자들에게 크게 도움이 되는 양서가 될 것으로 평가되고 있다.

감수성균 바이오필름을 생성해도 내성화되어 토브라마이신 내성도가 100배 이상 되는 사례도 있다. 바이오필름의 형성에는 소위 Quorum Sensing(QS)이라 일컬어지는 기구에 의해서 균의 밀도가 높아지면, 특수한 저분자생성농도가 높아지게 되고, 그 수용체가 활성화되어서 다당체 등의 생산이 촉진되는 것이 알려지고 있다(관련자료 4). 기타 cyclic-di-GMP 등도 바이오필름 생성에 관여하고 있다.

<관련자료 4> Quorum Sensing(QS)와 억제제. 사람과 마찬가지로 세균들도 자신들만의 대화수단을 이용해 증식해 나가는 과정을 되풀이하고, 개인행동은 삼가고 일정한 면적에 정족수가 충족되어야만 집단적인 자위권행사를 하는 특성을 지니고 있다. 이러한 일련의 행위를 QS라 총칭하며, QS는 바이오필름현상과 밀접한 관련이 있어 이를 합쳐서 Sociomicrobiology라고 부르고 있다.

2. 차세대 염기서열 분석(NGS)과 메타제노믹스를 이용한 내성 연구

전통적인 미생물 배양법을 이용하는 것은 충분한 혐기성 미생물 자원을 확보하는데 큰 걸림돌이 되고 있으며, 난배양성 미생물이라고 지칭되어지는 엄청난 양의 미발견 미생물들이 연구자들의 분리를 기다리고 있는 실정이다. 이에 따라 새로운 미생물 분리방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 어느 정도 성과를 보이고 있다.

현재 인체와 가축 내에 존재하는 미생물군집의 분포와 이들이 인체와 가축 체내에 미치는 영향에 대한 연구는 초기단계에 있으며, 사람과 수의 관련 질병과 미생물 군집 간의 상호커뮤니티에 대한 상관성 규명은 향후 질병의 발병기전, 예후예측, 진단 및 치료제 개발에 이용될 가능성이 매우 높은 것으로 평가되고 있다.

하지만 난배양성 미생물은 지구상의 생물다양성의 대부분을 차지하고 있고, 배양이 되더라도 배양조건 등이 확실하지 않아 질병에서 미생물들이 차지하는 영역을 쉽게 알지 못하였다. 이에 배양 비의존 방법(Culture-independent methods)을 이용한 미생물의 유전적 다양성,군집분석 및 생태학적 역할에 대한 이해에 대해 감염병 연구에의 중요성이 부각되고 있다.

2007년에 등장한 pyrosequencing 기반 ‘차세대염기서열분석법(Next Generation Sequencing; NGS)’은 대용량 염기서열 정보를 분석함에 있어 배양 의존적이었던 전통적인 미생물연구에 비해 분석속도 및 비용의 단축을 가져왔다. 이를 통해 최근 총칭 ‘메타제노믹스(Metagenomics)’라고 불리는 새로운 연구기법은 배양의 한계를 극복하고 미생물 연구분야의 획기적인 발전에 기여하고 있다. 메타제노믹스는 다양한 인간과 가축의 환경조건에서 미생물종의 상대적인 다양성을 분석하고, 그동안 설명할 수 없었던 인간의 원인불명 감염성 질병의 기작을 발견할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

1) 빅데이터 기술의 이해

빅데이터 기술은 ‘데이터의 획득-저장/관리-분석-활용’ 전반에 걸친 광범위한 기술을 모두 포괄하는 개념이다. 이 가운데 획득에서 저장/관리에 이르는 부분은 데이터 자체에 관심이 집중되어 있으며, 따라서 상당 부분이 전산학의 영역이다.

하지만 그 이후 분석에서 활용까지의 부분은 현실의 다양하면서도 복잡한 문제를 해결하는 데 초점을 두고, 데이터는 해결을 위한 열쇠이자 재료로 쓰인다. 그러다 보니 문제의 성격에 따라 동원되는 지식과 기술도 광범위하게 흩어져 있다.

대체로 전산학 외에 수학, 통계학, 물리학, 인지과학, 경영학 등의 지식과 기술이 많이 쓰이지만, 경우에 따라서는 더욱 광범위한 공학과 심리학, 언어학, 인류학 등 인문사회과학 지식도 요구된다. 최근 부상하는 ‘데이터 과학(Data Science)’은 이 가운데 핵심적인 지식과 기술을 융합하여 별도의 영역으로 정립하려는 시도라고 볼 수 있다.

오늘날 빅데이터 열풍을 만들어내는 데 가장 중요한 역할을 한 기업은 역시 구글이다. 구글은 전 세계적인 방대한 검색엔진 서비스를 구축해가는 과정에서 많은 기술적 난제들을 극복해야 했는데, 또한 이를 저렴한 방법으로 해결하는 것을 목표로 했다.

전 세계 수많은 사용자들이 매초 날리는 수많은 검색 질의에 대해, 재빨리 전 세계 웹사이트들의 정보를 훑어 답을 제시해주려면 당연히 엄청난 연산 능력이 필요하다. 예전 같았으면 대형 IT 기업들이 판매하는 고가의 대형 서버로 이를 해결했을 것이다.

문제는 전 세계 인터넷 환경이 끊임없이 진화하며 넓어지고 있다는 점이다. 인터넷이 보편화된 이래 사용자는 엄청나게 늘어났으며, 담당해야 하는 웹사이트와 거기에 담긴 정보도 비약적으로 증가해왔다.

2) 메타분석의 출현 배경

단편적 연구의 한계를 극복하기 위해 선행연구 결과들을 한데 통합하여 보다 객관적이며, 신뢰할 수 있고 강력한 결론을 도출하여야 할 필요성이 대두되기에 이르렀다. 수량적 방법에 의한 선행연구 결과들의 통합방법이 학자들에 따라 다소 다른 접근방법을 사용하기는 했으나,결국 이와 같은 각기 다른 접근방법들을 일괄하여 메타분석이라는 용어를 사용하기에 이른 것이다. 이와 같이 1970년대에 이루어낸 Glass와 Rosenthal, Schmidt와 Hunter 등의 학문적 노력과 업적에 힘입어 이후로 메타분석에 관한 수많은 연구논문들이 발표되기에 이르렀고,오늘날 연구방법 면에 있어서도 메타분석은 상당한 발전을 거듭하기에 이르렀다

요즘 활발하게 개발되고 있는 각종 데이터베이스는 우리가 검색하고자 하는 각종 문헌들과 연구 결과물들을 짧은 시간 안에 손쉬운 방법을 통해 검색이 가능하도록 해주었다. 그뿐만 아니라 개인용 컴퓨터의 대중화는 SAS, SPSS 그리고 MINITAB 등과 같은 각종 응용 통계 프로그램의 보급을 촉진시키는 계기가 되었다. 학술정보 데이터베이스 구축과 손쉬운 컴퓨터 응용 통계 프로그램에 힘입어 요즘 학문 연구에 새로운 장을 열어 가고 있는 분야 중의 하나가 메타분석이 되고 있으며, 최근 들어서는 수의·축산분야에서도 응용되기 시작하고 있다.

맺으며

사람의료분야는 물론이고, 수의·축산분야에서도 동물용 항균제 내성에 대한 심각도로 인해 갈수록 약효를 보장하기 어려운 시대가 올지 모른다는 우려의 목소리가 갈수록 높아지고 있는 것이 엄연한 현실이다. 이러한 현상이 벌어지는 데는 비록 눈에 보이는 것이 아닌 바이오필름을 비롯한 불현성의 현상들이 악영향을 미치고 있음이 베일을 벗어가고 있어, 이 분야에 대한 연구가 집중되기 시작하는 것이 확인되고 있다. 본 주제와 관련된 결언의 일부를 MIT 박사이자 비례대표 국회의원도 지내고 현재 많은 저서를 집필하고 있는 김진애 박사의 글을 인용하여 대신하고자 한다.

참으로 이상한 것이, 왜 아는 게 많아질수록 오히려 모르는 건 더 많아지는가? 수준이 높아질수록 왜 내 수준은 별것 아니게 보이는가? 공부를 할수록 오히려 공부할 건 더 많이 보이는가? 이런 생각이 들지 않는다면, 제대로 공부하지 않은 박사일지도 모른다.

주제를 포착하는 역량을 익히면 연구 주제가 자꾸 보이게 되며, 호기심과 궁금증 때문에라도 공부를 계속하게 된다. 그래서 박사 공부를 제대로 한 사람은 당장의 논문 성과 자체보다도, 공부하고 연구하여 체계적으로 정리하고 그 성과를 소통하는 능력을 익혔다는 사실이 중요한 것이다.

사람은 더 많이 체험할수록, 더 많이 알수록 눈이 크게 뜨이고 온 감각이 발동되면서 세상의 존재에 대한 체험의 폭이 넓어진다. 사람이 살아있다는 가치란 바로 이러한 것 아닐까.

살아 있는 동안 좀 더 넓고 좀 더 깊은 체험을 함으로써 자신의 세계를 넓히고, 그럼으로써 자신의 세계를 만들어가는 과정 자체를 가치 있게 만드는 것이다. 분명 아는 만큼 나의 세계는 커진다. 느끼는 만큼 나의 세계는 커진다. 움직임만큼 나의 세계는 커진다. 나의 앎, 나의 느낌, 나의 움직임 없이는 세계도 없다. 내가 없으면 세계도 없다.

바이오필름현상과 동물용 항균제내성과의 관련성 문제도 이러한 차원에서 접근해 가는 자세를 임상수의사들과 관련업계 종사자들이 지니기를 바라면서 본고를 마친다.