[위클리 리포트] ‘2050년 사망원인 1위’ 항생제 내성균

팬데믹 후 내성균 감염 20% 증가… 차세대 약물도 금세 저항성 생겨

지구온난화-오남용 등 원인 꼽혀… 한국 항생제 처방 OECD 8번째

“환자에 쓸 치료 옵션 턱없이 부족”… 임상 중인 후보물질은 128개뿐

인공지능이 개발 구원투수로 부상… 구글, 스위스-영국 등과 공동연구

《인류 위협하는 ‘슈퍼 박테리아’

항생제에도 죽지 않는 ‘슈퍼 박테리아(항생제 내성균)’가 빠르게 늘고 있다. 원인은 항생제 오남용, 기후변화, 인구 고령화 등이다. 2050년에는 암보다 슈퍼 박테리아로 인한 사망자가 더 많아질 것이라는 경고도 나왔다.》

“2050년에는 교통사고나 암보다 항생제 내성균으로 사망하는 사람이 더 많아질 것이다.”

유엔환경계획(UNEP)은 2023년 이같이 경고했다. UNEP가 발간한 ‘항생제 내성보고서’에 따르면 매년 약 500만 명이 항생제 내성균으로 사망하고 있고, 이 수는 갈수록 늘어가는 추세다. 특히 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)이 유행한 2020년 이후 항생제 사용이 급격히 늘어나면서 특정 항생제 내성균에 의한 감염이 20% 이상 늘었다. 전문가들은 세계적으로 고령화 시대가 빠르게 다가오며, 면역이 취약한 고령자들을 중심으로 항생제 내성균이 쉽게 퍼질 수 있어 각별한 주의가 필요하다고 경고한다.

● 항생제 듣지 않는 내성균

‘슈퍼 박테리아’로도 불리는 항생제 내성균은 항생제에 대한 내성을 가지고 있어 항생제를 투여해도 죽지 않는 균이다. 항생제의 공격에서 살아남기 위해 균이 획득한 일종의 생존 전략인 셈이다.

항생제를 투여하면 정상적인 균들은 대부분 죽지만 간혹 살아남는 ‘돌연변이’ 균이 발생한다. 살아남은 항생제 내성균은 증식을 하며 수를 늘려간다. 더 큰 문제는 균들은 사람과 다르게 다른 균에 유전자를 전달할 수 있다는 점. 항생제 내성균이 다른 균에 내성 유전자를 전달하는 경우 또 다른 종류의 항생제 내성균이 생기게 되는 것이다. 지금까지 이런 방식으로 항생제 내성균은 수와 종류를 늘려 왔다.

실제 인류의 첫 항생제인 ‘페니실린’이 등장한 1940년에는 내성이 있는 세균은 존재하지 않았다. 하지만 제2차 세계대전이 터지면서 포도알균에 감염된 많은 군인들에게 페니실린이 투여됐고, 많은 이들의 목숨을 살렸지만 동시에 페니실린에 내성이 있는 포도알균이 생기기 시작했다. 1950년대에는 포도알균의 40%가 페니실린에 내성을 갖게 됐고, 1960년대에는 80%가 내성을 갖게 돼 페니실린의 기적은 막을 내리게 됐다. 이후로 메티실린, 스트렙토마이신, 카나미신 등 다양한 2세대 항생제들이 개발됐지만 금세 내성균이 발생했다.

현재 페니실린계, 세팔로스포린계, 모노박탐계, 카바페넴계 등 다양한 종류의 항생제가 개발돼 있지만 역시나 내성이 생긴 균들이 곳곳에서 발견되고 있다. 특히 항생제의 ‘끝판왕’이라고 불리는 카바페넴계 항생제에 내성을 갖는 내성균도 점점 세를 넓혀가고 있다. 여러 항생제에 내성을 가지는 다제내성균도 많아지는 추세다.

● OECD “오남용으로 항생제 무기고 바닥나”

이렇게 내성균이 빠르게 늘어가는 데에는 여러 가지 이유가 있다. 우선 기후 변화로 지구 온도가 상승하면서 항생제 내성이 증가했다는 연구 결과가 있다. 국립보건연구원 연구진이 지난해 국제학술지 ‘미생물’에 발표한 연구에 따르면 온도가 높을수록 항생제 내성균이 유전자를 더 많이 전파했다. 특히 카바페넴 내성 세균인 ‘클레브시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae)’의 경우 섭씨 25도와 30도에서 내성 유전자를 가장 잘 전파했다. 연구진은 온도가 높아질수록 카바페넴 내성률이 증가하는 경향을 보였으며, 기후 변화로 인해 더 심각한 공중보건 문제가 발생할 가능성이 있다는 의견을 보였다.

이와 더불어 항생제 오남용은 내성균을 늘리는 주범이다. 특히 한국은 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 8번째로 항생제를 많이 쓰는 나라다. 항생제 처방률이 OECD 평균 대비 약 1.2배가 높다. 정부는 이에 대응하기 위해 지난해 11월부터 ‘항생제 적정사용 관리 시범사업’을 시작했다. 전문관리팀이 의료기관 내 항생제 처방 과정을 관리해 부적절한 항생제 사용을 줄이는 것이 목적이다. 특히 고령층이 많은 요양병원에서 항생제 처방이 많고, 그만큼 내성균도 많이 발견돼 집중 관리할 예정이다.

한국을 포함해 세계 각국이 이처럼 항생제 오남용 관리에 나서고 있지만, 당장 필요한 것은 새로운 항생제다. 기존의 항생제가 듣지 않는 환자에게 처방할 항생제 옵션이 현재로서는 턱없이 부족하기 때문이다. 이런 상황에 대해 OECD는 “항생제 무기고가 고갈되고 있다”고 표현했다. OECD의 비유처럼 많은 전문가들도 “지금 항생제 내성에 제대로 대응하지 못하면 항생제를 갖지 못했던 때로 돌아가게 될 것”이라고 경고하고 있다.

● 인공지능(AI), 인류 구원할 항생제 개발에 참여

쓸 수 있는 항생제는 줄고 있는 반면 인구 고령화 등으로 새로운 항생제에 대한 수요는 점점 커지고 있다. 시장조사기관 포천비즈니스인사이트에 따르면 글로벌 항생제 시장은 2024년 406억6000만 달러(약 58조5504억 원)에서 2032년 518억8000만 달러 규모로 성장할 것으로 추정된다.

그럼에도 새로운 항생제 개발에 뛰어드는 제약사는 많지 않다. 항생제 특성상 일부 환자들에게 단기간만 사용되기 때문에 큰 매출을 올리기 어렵다는 판단에서다. 더구나 워낙 세균 내성이 빠르게 생기다 보니 약을 개발하는 속도가 내성균의 출현 속도를 따라잡기 힘들다. 이때문에 많은 제약사들이 개발을 포기하고 있다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 2017∼2023년 임상 시험 중인 항생제 후보물질은 총 128개뿐이다.

그나마 희망적인 것은 2022년을 제외하면 2018년부터 2023년까지 꾸준히 임상에 진입하는 항생제 후보물질이 늘고 있다는 점이다. 업계에서는 최근 인공지능(AI)의 성능이 크게 향상되며 항생제 신약 개발에도 큰 기여를 할 것이라고 보고 있다. 항생제의 경우 균을 제거할 수 있으면서도 내성이 잘 생기지 않는 후보물질을 찾아야 하기 때문에 다른 질병 치료제보다 개발 성공률이 매우 낮은 편이다. 따라서 신약 개발 초기에 더 유망한 후보 물질을 빠르게 찾는 AI를 활용하면 성공 가능성을 높이고 개발 기간도 크게 낮출 수 있다.

지난해 6월 루이스 페드로 코엘료 호주 퀸즐랜드공대 교수를 주축으로 한 국제공동연구팀은 국제학술지 ‘셀’에 86만여 개에 달하는 잠재적 항생제 후보물질을 발표했다. 연구진은 자연에 있는 미생물에서 균을 죽일 수 있는 항균물질을 찾을 수 있을 것이라고 생각했다. 실제 페니실린 등 여러 항생제들이 자연의 미생물에서 유래했기 때문이다. 연구진은 AI를 통해 자연 속 미생물에서 추출한 수만 개의 물질 중 어떤 것이 항균 효과가 있을지 선별했다. 이렇게 선별한 물질의 상당수는 실제 항생제 내성균에 효과를 보였다.

구글 딥마인드가 개발한 단백질 예측 AI인 ‘알파폴드 2’ 역시 여러 항생제 개발 프로젝트에 참여하고 있다. 항생제 내성에 대응하기 위해 스위스 비영리 제약 연구 개발 단체인 글로벌 항생제 연구 개발 파트너십(GARDP)은 지난해 딥마인드와의 협력을 밝혔다. 항생제 내성에 대응하기 위해 영국 국민보건서비스(NHS)와 임피리얼칼리지런던(ICL) 주도하에 결성된 플레밍 이니셔티브 역시 올해 1월 딥마인드와 공동 연구 협약을 맺었다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com