동물용 항균제 내성확산과 대책을 둘러싼 최신 동향 <PART 4>

이인호 / 전 식약처 국가항생제내성 안전관리사업 전문위원

들어가며

현재 동물용 항균제 내성과 관련해서 전 세계적으로 권장되고 있는 주요 주제 중 하나는 항균제의 적정사용관리(Antimicrobial stewardships)이고, 다른 하나는 바이오필름과 관련된 치료실패에 대한 대안을 모색하는 것이라고 해도 과언이 아니다.

<관련자료 1>에서 보는 바와 같이 2014년 9월 29일부터 10월 1일까지 네덜란드 암스테르담에서 개최된 프로시딩에서도 항균제의 적정사용관리가 주요한 주제의 하나로 발표되고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, <관련자료 2>를 통해서는 매년 바이오필름과 관련된 연구논문수가 기하급수적으로 증가되고 있는 것이 확인되고 있다. 이러한 발표논문 중에는 수의축산분야에 해당되는 직간접적인 연구결과도 다수 포함되고 있고, 연구내용도 갈수록 심도를 더해가고 있음을 분명하게 체험할 수 있다.

바이오필름이 동물용 항균제 내성확산과 치료실패에 기여하고 있음은 과학적 증거로 확인되고 있다. 그럼에도 국내에서 개최되는 기업체 심포지엄에 외국 연자로 초청된 분들의 발표자료를 보면 바이오필름과 무관한 현상을 가지고만 고찰을 해 현실과 동떨어진 설명을 하는 것을 볼 수 있다.

이러한 현상은 전문가 수준이라고 하기에는 2% 부족한 느낌을 주는데, 외국 연자만 그런 것이 아니라 국내 연자와 임상 수의사 및 기업체 근무 수의사들의 상당수도 이러한 현상을 답습하고 있어 문제점으로 지적되고 있다. 그러나 현재까지도 이들은 『마이동풍(馬耳東風)과 소귀에 경 읽기』 현상을 되풀이하며 동물용 항균제의 내성확산과 치료실패의 책임을 양축농가들에게 돌리려는 행위를 계속해서 하고 있는 것을 볼 수 있다.

국내 임상 수의사들과 기업체 근무 수의사들이 체험해 보지도 못하고, 관련지식과 정보를 알지 못한 체, 대학교수들과 공인 병성감정기관에서 해결해 주기만 바라고 있을지라도, 분명한 것은 이미 바이오필름이 내성확산과 치료실패에 기여한다는 사실이 전 세계적으로 확인되고 있다는 사실이다. 지금부터라도 우리가 얼마나 우물 안 개구리 수준에 머물고 있는지 알고, 통렬한 각성을 하는 것이 급선무라고 할 수 있다. QIA가 인력타령만 늘어 노면서 면피를 하려고 할 때, 미국, 일본을 비롯한 선진 축산국가에서는 수의분야에서의 바이오필름과 치료 실패와 관련된 수준 높은 연구 및 소개가 진행되고 있다는 사실을 알아야 한다.

바이오필름이 수의축산분야에서 문제가 안 될 정도라면 선진국가의 연구자들은 왜 Nature reviews in Microbiology와 FEMS Pathogens and Disease(2014)에 계속해서 바이오필름 관련 특집호를 통해서 최신 내용을 소개하고 있는 것일까? 선진국가 학자들은 이상한 사람들이라 분자생물학적 차원에서 바이오필름 문제를 다루고(관련자료 3), 국내 다수 관계자들과 임상수의사들은 수준이 높아서 바이오필름과는 무관한 현상 해석에만 열중하는 모습을 보이는 것인지를 반문해보지 않을 수 없다.

따라서 본고에서는 계속해서 본 주제와 관련된 최신의 내용을 분석, 정리해 제공함으로써 독자들의 이해를 넓히고자 한다.

<관련자료 1> 제3차 동물에서 항생제 신증사용 콘퍼런스. 3년에 한 번씩 네덜란드 암스테르담에서 개최되는 컨퍼런스에서 항생제 내성문제 해결을 위해서는 ‘원 헬스’, ‘차단방역’, ‘신증사용’과 같은 기본 준수사항이 더 철저히 지켜져야 한다는 것을 강조하고 있다.

<관련자료 2> 바이오필름 관련 연구논문 발표수. FEMS Pathogens and Disease(2014) 특집호에 발표된 자료에서 보듯이 세계적으로 이처럼 많은 연구가 바이오필름에 집중되고 있고 그중에는 수의축산 관련논문들도 포함되어 있는데, 국내 대학과 QIA 수준은 어느 정도에 머물고 있는지를 살펴봄과 동시에 통렬한 각성이 수반돼야 한다. 조직과 인력배치 탓만 하는 한심한 작태를 벗어나기 위해 환골탈태의 개혁조치가 이뤄져야 한다.

<관련자료 3> 바이오필름 관련 현상. Nature reviews in Microbiology 총설논문자료에서 보듯이 바이오필름은 각종 생화학적 반응에 관여하고 있다는 것이 밝혀지고 있고, 흉막폐렴을 비롯한 수의세균성질병의 병리와 약제감수성 및 치료실패와도 밀접한 관련이 있다는 것이 과학적으로 증명되고 있는 만큼, 항생제 치료실패의 모든 책임을 양축농가들에게 전가하려는 태도는 삼가는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

1. 동물용 항균제의 내성유전자 전파와 바이오필름의 상관성

동물용 항균제 내성전파와 치료실패에 바이오필름과 관련된 현상이 주요한 역할을 한다는 것은 이미 본지를 통해서도 수차례 과학적 증거를 제시한 바 있다. 일본에서는 이미 28년째 바이오필름 컨퍼런스가 매년 개최되고 있고, Nature나 Science지를 비롯한 최고 학술논문지에도 바이오필름이라는 검색어를 넣으면 많은 과학적 논문이 검색되며, Nature reviews in Microbiology를 비롯한 학술논문지에는 총설논문이 발표되고 있는 것을 확인할 수 있다.

이러한 학술논문지를 읽어보지도 않거나 정기적으로 구독하지도 않는 사람들이 실제 현장에서 벌어지고 있는 현상을 과연 분자생물학적 차원내지는 게놈수준 차원으로 이해하고, 전달하는 것이 가능하다는 것은 어불성설이라고 할 수 있다. 바이오필름은 선진축산국가에서만 주로 문제가 되어 학자들이 우선순위적으로 연구와 소개를 활발히 하고, 국내에서는 별로 문제가 되지 않는 현상으로 여겨져 학자들의 우선순위에서 바닥을 헤매는 것인지를 과학적으로 판정받아야 할 시점에 이르고 있다.

<관련자료4>의 사람의 경우에서 보는 바와 같이 바이오필름은 소화관 장기 전체에서 천연으로 생성되는 것이 확인되고 있으며, <관련자료5>는 항생제의 사용이 장내 세균총 군집에 영향을 미친다는 것을 확인시켜주고 있다. 항생제나 대체제의 단일 또는 복합 사용으로도 살모넬라나 대장균을 비롯한 유해균이 완전히 제거되지 못하는 이유 역시 바이오필름이 작용하고 있음이 분명하다는 과학적 증거가 발표되고 있으나, 이 부분에 대해서 아직도 국내에서는 공식적으로 인정하려 들지 않으면서 각종 이유를 대며 버텨보려는 시대에 뒤떨어진 한심한 작태를 보이고 있기에 안타까움을 더하고 있다.

<관련자료 4> 사람 소화관과 바이오필름. 사람에서도 소화관 내 바이오필름이 문제가 되는 것처럼 동물의 소화관 내 바이오필름도 문제가 되고 있다는 것이 밝혀지고 있는 만큼, 임상수의사들과 관련업계 종사자들도 바이오필름에 대한 올바른 이해와 지식전달이 수반돼야 한다.

<관련자료 5> 돼지 장내 세균총 군집의 변화. 2012년 미국 ISU주립대학 박사학위 논문자료를 보면 분자생물적 기법을 적용해 돼지의 장내 세균총 군집의 변화를 조사해, 미생물배양법으로는 알아내지 못하던 Firmicutes 문까지 분석하는 것을 확인할 수 있다.

2. 사물현상의 생물정보학(Bioinformatics)과 후성유전체학적 해석

2000년대 이후로는 실제 현장에서 벌어지는 사물현상을 해석할 때 과거와 같이 단편적인 학문적 수단을 이용해서는 올바른 해석을 하기가 힘들어지는 시대를 맞이하고 있다. 이제는 바야흐로 오믹스 관련 학문분야를 비롯한 여러 분야의 학문을 통합해서 포괄적이고도 종합적인 해석을 내려야 정확한 해석에 가까운 결론을 유도할 수 있는 시대의 한복판에 서 있는 것이다.

1) 생물정보학적 해석

게놈(Genome)이란 유전자의 영어 gene에 전체라는 의미의 접미어 -ome를 붙인 것으로 유전자의 전체라는 의미이다. 접미어에 omics를 붙이면, 그 과학이라는 의미가 된다. 그리고 유전체학(Genomics)이라고 하면 게놈과학을 가리킨다. 유전자의 전체를 가리키는 게놈과 같이 단백질의 전체를 단백체(Poteome), mRNA의 전체를 전사체(Transcriptome)라고 한다.

1990년대에는 반도체공학을 이용해 2만 2천개의 모든 유전자의 RNA양을 한 번에 측정할 수 있는 DNA 마이크로어레이(Microarray)가 만들어졌다. 3개의 기본적 오믹스(Omics)뿐만 아니라, 탄수화물이나 지질 같은 대사산물의 전체적인 모습을 다루는 대사체학(Metabolomics)이나, 단백질이나 지질 등의 국제 정보를 다루는 로칼리조믹스(localizomics) 같은 새로운 학문 영역도 계속 생겨나고 있다.

200년 전 다양한 분야의 학자들이 로제타스톤의 비밀을 풀기 위해 모여들었던 것처럼, 게놈이라는 신의 언어에 담긴 비밀을 해독하기 위해 의학, 생물학, 물리학, 전산학, 화학, 수학자들이 몰려들고 있다. 그리고 게놈 정보의 방대함과 복잡함으로 인해, 이 암호를 해독하기 위한 가장 중요한 도구로서, 컴퓨터의 힘을 응용할 수 있는 생물정보학의 중요성이 강조되고 있다.

생물정보학(Bioinformatics)은 정보학(Informatics)의 한 응용 분야로 그 응용 대상이 생물학 분야이다. 생물정보학을 정의하면, 생물학적 데이터를 얻고(Acquisition), 이를 바탕으로 데이터를 관리(Management)하며, 분석(Analysis)하는 정보학(학문 측면) 또는 정보기술(응용 측면)로, 생물학적인 문제들에 대한 답을 구하는 데 사용된다. 즉, 생물학적 정보를 처리, 가공하여 유용한 정보를 얻어내는 것이 생물정보학이다.

생물정보학은 기초 생물학, 의학응용 생물학 분야에 있어서 필수적인 연구 수단이 되어가고 있으며, 생물정보학의 연구 성과는 점차 관련 학문과 산업에 직접적으로 기여하고 있다. 생물정보학은 미래산업이라 평가받고 있는 바이오산업의 핵심 요소가 될 것으로 전망되고 있다.이러한 까닭으로 생물정보학은 국내외적으로 관심이 높고, 특히 인류의 건강 증진 및 질병의 예방, 진단, 치료에 기여하는 등 21세기에 사회, 경제적으로 중요한 역할을 할 것으로 인식되고 있다.

그렇다면 생물정보학(Bioinformatics)이란 무엇인가? 그 전에 ‘정보학(Informatics)’에 대해 생각해 보자.

정보학이란 정보기술(information technology)과 다소 비슷하게 사용되는 용어로, 컴퓨터를 이용한 정보조직 시스템 및 정보의 발생, 전달, 수집, 축적, 처리 등과 관련된 이론과 실제 운용에 관한 학문이다. 따라서 정보학은 그것이 적용되는 분야에 따라 간호정보학, 경영정보학, 문헌정보학, 언론정보학, 의료정보학 등 많은 다른 학문과 결합할 수 있다.

마찬가지로, 생명현상에서 발생하는 많은 정보를 다루는 정보학(informatics)이 바로 생물정보학인 것이다. 간단하게 말하자면, 생물학과 전산학, 수학, 의학, 공학의 ‘컨버전스’가 바로 생물정보학이다. 생물정보학 분야는 분자생물학이 몇십 년 전, 생물학 전 분야에 새로운 기술과 철학을 도입하여 각광받은 것처럼 여러 가지 기술혁명을 일으키며 수년 안에 융합 학문 분야의 가장 중요한 핵심분야로 부각될 것이 자명하다.

최근 기술발달로 인해 대량분석이 가능해져, 많은 자료를 가진 분자생물학의 효율적인 분석과 관리를 위해 당연히 컴퓨터 과학의 도움이 필요하게 되었다. 이로 인해 생명현상과 질병을 이해하기 위한 생명정보학이라는 새로운 분야가 대두되면서 급격한 발전을 이루었다.

그러나 유전체 서열분석이나 분자적 특징만을 다루기보다는 더 나아가 유전자 단백질 등의 기능과 상호작용을 이해하고 그 기전을 찾아내려는 시스템 생물학으로 관심이 옮겨지는 추세이다. 시스템생물학의 근본적 접근이나 목표는 단순히 생명현상을 관찰하여 상관관계만을 분석하는 것이 아니라 세포(또는 유전자)가 외부 자극 등에 의해서 어떠한 동력학 변화를 가지고, 이로 인해 자극에 대한 반응이 어떻게 표출되는지에 대한 인과관계를 밝혀내는 것이다.

이러한 시스템생물의학이 단시간 내에 모든 것을 충족시킬 수는 없지만, 장기적인 관점에서 기대하는 것이 좋을 듯하다. 이는 우리의 질병의 진단과 치료에 있어서 매우 고무적인 일이 아닐 수 없다. 인간과 동물의 질병에 대한 메커니즘에 대한 이해를 통한 해결방법의 획득이나 체계적인 신약후보물질의 발굴 및 신약개발, 질병진단에 대한 새로운 패러다임의 창출, 치료술에 대한 최적화된 맞춤의학 등이 이미 도래했거나 가까운 미래에 도래할 것이다.

2) 후성유전학(Epigenetics)

우리는 부친 유래와 모친 유래의 2쌍의 유전자를 갖는다. 부친 유래의 DNA와 모친 유래의 DNA에 배열의 개인차가 있으면 그 2가지가 활성화해서 만들어지는 mRNA를 구별할 수 있다.

부친 유래와 모친 유래에서 기능이 다른 유전자(IGF1나 PEG10)가 있다. 이렇게 유전자의 배열만으로는 결정되지 않는 유전방법을 후생유전학(Epigenetics)이라고 한다.

epi-라고 하는 접두어는 “그 위의”라는 의미를 가지기에, 후생유전학은 유전자 위의 유전학이라는 의미가 된다. 앞서 말한 것처럼 유전자의 프로모터에 있는 배열에 직접적으로 제어되는 것이 아니라, 그 위의 계층에 있는 조절계라고 할 수 있다.

후생유전학에서는 메틸화뿐만 아니라, 염색체의 구조와 관계된 다양한 메커니즘이 작용하고 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들면 항암제로 오래 처리되어 약제 저항성이 증가한 암세포에서는 항암제를 밖으로 옮기는 펌프 유전자를 포함한 부분이 보통 2카피에서 수백 카피로 증가해 있는 경우도 있다. 유전체학(Genomics)과 전사체학(Transcriptomics)의 결합이 이러한 후생유전학 해석에는 유효하다.

맺으며

우물 안 개구리와 같은 지식과 정보를 가지고는 현재와 같이 하루가 다르게 변하는 세계화 시대에 생존하는 것은 갈수록 어려워지고 있다.미래학자들은 향후 세계는 지식단계를 넘어 지혜(Wisdom)를 지닌 자가 지배하게 되는 세상이 도래할 것이라고 이미 예견하고 있다. 우리가 이전에 알고 지내던 지식과 정보의 상당수가 한순간에 쓸모없는 휴짓조각 신세를 면치 못하는 것이 현실로 발생할 수도 있는 세상으로 접어들고 있다.

동물용 항균제 내성의 확산과 대책을 둘러싼 동향도 마찬가지의 연장선상에 있다고 해도 과언이 아니다. 과거에 막연하고 알고 있었거나,올바른 해석을 할 수 없었던 현상들이 이제는 오믹스적인 방법을 적용한 분자생물학 기법의 눈부신 발전과 사람과 동물에서 진행되고 있는 게놈 프로젝트의 완성으로 인해 동물용 항균제 내성확산과 대책 관련기술 부분의 상당수가 대폭 개정되거나 수정돼야 할 시점에 이르고 있음을 분명히 인정해야 한다.

동물용 항균제 관련 내성문제는 단순히 이분법적인 논리를 가지고는 절대 해결이 불가능하다. 그러므로 이제는 여러 분야의 학문경계를 초월한 통섭논리의 적용을 통해, 새로운 패러다임을 적용한 시각에서 과연 무엇이 국익과 국민건강을 확보하는 길인가를 냉정하게 판단하여 정책을 펴나가는 시대로 접어들어야 한다는 것을 강조하면서 본고를 마친다.