항생제-페니실린계

페니실린은 가장 광범위하고 효과적이며 독성이 가장 적은 약물로 알려져 있지만, 약제 내성의 증가로 인해 사용이 제한되고 있습니다. 여러 종류의 페니실린은 분자의 R그룹이 서로 달라서 구별되는데, 이 R그룹으로 인해 항균 스펙트럼, 위산에 대한 안정성, 교차 과민성, 박테리아 분해 효소(β-lactamase)에 대한 감수성 등에서 차이를 나타내게 됩니다.

페니실린은 박테리아 세포벽 합성의 마지막 단계를 저해하여(transpeptidation or cross-linkage), 세포막이 삼투압에 취약하게 만들어 버립니다. 그래서 세포는 삼투압으로 인해 혹은 자가분해효소의 활성화에 의해 용해됩니다.

이런 계통의 항생제는 살균효과를 나타내고 시간-의존적인 방식으로 작용합니다.

페니실린은 펩티도글리칸 세포벽을 합성하는 빠르게 성장하는 유기체에만 효과적입니다.

따라서, 마이코박테리아, 원생동물, 균류, 바이러스와 같이 세포벽을 가지지 않는 유기체에는 활성을 나타내지 못합니다. 

그 유명한 베타 락탐 고리 구조, -CONH- amide

 

1. 페니실린 결합 단백질 : 페니실린은 여러가지 박테리아의 세포막 단백질을 불활성화 시킵니다.

이런 페니실린 결합 단백질(PBP)은 세포벽 합성 및 형태학적 특징을 유지하는데 관여하는 박테리아 효소들입니다.
따라서 이런 항생제에 노출되면 세포벽 합성이 저해되거나 형태학적 변화가 유발되고 분해됩니다. 만약 PBP 중 일부가 변형된다면 그 유기체는 페니실린에 대한 내성을 가지게 됩니다. 이런 과정을 통해 메티실린-내성 황색포도상구균(MRSA)과 같은 항생제 내성균이 발생하는 것입니다.

 

2. 트랜스 펩티데이즈의 억제 : 일부 PBP는 펩티도글리칸 사슬 사이의 교차 결합을 가수분해 시킵니다.
이 과정은 세균의 세포벽 합성에 필수적인 가교의 형성이므로 이를 방해하여 세포벽의 완전성을 저해합니다.

 

3.자가분해효소 생산 : 많은 박테리아들이 세포벽의 정상적인 리모델링에 관여하는 자가분해효소(autolysins)를 생성합니다. 페니실린이 작용하면 자가분해효소의 작용으로 인해 세포벽의 합성이 방해 받게 됩니다. 그래서 페니실린의 항균 효과는 세포벽의 합성 저해 및 기존 세포벽의 파괴 이 두 과정의 결과입니다.

 

 

 

 

* 항균 스펙트럼

 

1. 천연 페니실린 : 천연 페니실린(페니실린G 및 페니실린V)은 Penicillium chrysogenum이라는 곰팡이 균의 발효과정으로부터 얻어집니다.

아목시실린이나 암피실린(=아미노 페니실린)과 같은 반합성 페니실린은 화학적으로 생성됩니다.
페니실린G(벤질-페니실린)는 수많은 그람양성균, 그람음성구균, 그람양성간균, 스피로헤타에 의한 감염 치료의 초석(cornerstone)입니다.

페니실린은 내성균에 의해 생성되는 β-lactamase(penicillinase)에 의해 비활성화되기 쉽습니다.

광범위한 사용과 내성균의 증가에도 불구하고 많은 유형의 박테리아-가스 괴저균(Clostridium perfringens) 및
매독균(Treponema pallidum)-치료에 페니실린은 여전히 ​​1번 선택 약물(drug of choice)입니다.
페니실린V는 페니실린G와 항균 스펙트럼 비슷하지만 구강흡수율이 낮으므로 균혈증 치료에는 사용되지 않습니다.

그리고 페니실린V는 페니실린G보다 산에 더 안정적이어서 감염증의 경구치료용으로 종종 사용됩니다.

 

2. 포도상 구균 페니실린 : methicillin, nafcillin, oxacillin, dicloxacillin은 β-lactamase(penicillinase)-저항성 페니실린입니다. 이 약물들은 메티실린 감수성 황색포도상구균(MSSA)과 같은 페니실리네이즈-생성 포도상구균에 의해 발생한 감염증 치료용으로 제한됩니다

 

MRSA는 현재 지역사회 감염과 원내(=병원에서 획득한) 감염의 심각한 원인균이고, 시판되는 대부분의 β-lactam 항생제에 내성이 있습니다. 페니실리네이즈-저항성 페니실린은 그람음성균 감염증에는 거의 또는 전혀 효과가 없습니다.

 

3. 확장 스펙트럼 페니실린 : ampicillin, amoxicillin은 페니실린G와 유사한 항균 스펙트럼을 가지고 있지만, 그람음성간균에 더 효과적입니다.
암피실린(±겐타마이신)는 그람양성간균(Listeria monocytogenes) 치료의 선택약물(drug of choice)이고, 여러 장내구균 치료에도 효과가 있습니다.

 

이런 확장된 스펙트럼 특성 때문에 호흡기 감염의 치료에 널리 사용되고 있으며, 아목시실린은 치과 시술 시 세균성 심내막염의 고위험군에게 예방적으로 투여되기도 합니다. 이런 항생제들에 대해 plasmid-mediated penicillinase에 의한 내성의 증가는 임상적으로 주요한 문제점으로 대두되고 있습니다(Escherichia coli & Haemophilus influenzae가 주요함).

Clavulanic acid(/c amoxicillin) 또는 sulbactam(/c ampicillin)과 같은 β-lactamase 억제제를 함께 사용하게 되면, 균에 의한 약제분해를 방지해주고 항균 스펙트럼을 확장시켜줍니다. 예를 들면, β-lactamase 억제제가 없는 경우 MSSA는 ampicillin과 amoxicillin에 대해 저항성을 갖게 됩니다.

4. 항녹농균 페니실린 : Piperacillin, ticarcillin은 Pseudomonas aeruginosa에 대한 효과 때문에 anti-pseudomonal penicillin이라고 합니다. 이 약제는 비경구용으로만 제공되고, piperacillin은 이 중에서 가장 강력합니다. 이 약물들은
많은 그람음성간균에는 효과적이지만, 페니실리네이즈의 발현으로 인해 Klebsiella에는 효과가 적습니다.

Ticarcillin(/c clavulanic acid)이나 piperacillin(/c tazobactam) 병합약물은 페니실리네이즈-생성 박테리아(예, 대부분의
Enterobacteriaceae & Bacteroides spp.)를 포함하여 항균 스펙트럼이 확장됩니다.

 

위산이나 페니실리네이즈에 대해 얼마나 안정적인지 참고