베타락탐계 항생제

 

초기 페니실린은 포도상구균 감염에 탁월한 효과를 보였으나 제2차 세계대전 중 다량의 페니실린의 항균활성을 강화하기 위해서 반합성 항생제를 개발하게 되었습니다.

 

 

베타락탐계 항생제는 화학구조

 

베타락탐계 항생제는 화학구조상 3개의 탄소원자와 1개의 질소 원자로 이루어진 이종원자 환평 고리 항생물질로 세균 세포벽 합성을 방해하는 항균력을 가집니다.

 

 

이들 항생제는 페니실린, 세팔로스포린, 모노박탐, 카바페넴 등을 포함하며, 전체 항생제 시장의 약 60%를 차지할 만큼 널리 사용하게 되었습니다.

 

 

 

 

 

 

베타락탐계 항생제의 항균 작용기전

 

인체를 구성하는 세포는 세포벽이 없이 세포막만 있지만, 세균은 세포벽 구조물에 둘러싸여 있습니다. 세포벽은 세균의 형태를 유지하고 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 하는 중요한 구조입니다. 베타락탐게 항생제는 이러한 세균의 세포벽 합성의 각 단계를 억제하여 세균을 파괴시키는 항균작용을 합니다.

 

 

 

 

 

 

베타락탐계 항생제는 세포벽 합성 억제제 (Inhibitors of Cell Wall Synthesis)입니다. 작용기전은 세균 세포벽의 주요 구성 성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 합성에 필요한 효소의 활성을 억제하여 세균을 사멸시킵니다. 특히, 트랜스펩티다아제(transpeptidase)라고도 불리는 페니실린 결합 단백질(Penicillin-Binding Proteins, PBPs)에 결합하여 펩티도글리칸 사슬의 교차 결합 형성을 막습니다.

 

이외에도 다음과 같이 다양한 작용기전으로 항균 작용을 하는 항생제 성분이 있습니다. 베타락탐은 그중 일부임을 알 수 있습니다.

 

 

 

세포벽 합성 억제제 (Inhibitors of Cell Wall Synthesis)

 

위와 같이 세포벽 합성 억제제는 베타락탐과 글리코펩티드인 두 계열이 있으며 모두 강력한 항균 효과가 있습니다.

베타락탐계 항생제는 다양한 약물이 있어 선택 폭이 넓고, 효과가 빠르며 대부분 경구 투여가 가능하지만 베타락탐 분해효소(β-lactamase)를 생산하는 균에 대해 내성이 생길 수 있어, 이를 억제하는 약물 병용이 필요할 수 있습니다. 

글리코펩티드계 항생제는 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)과 같은 다제내성 균에도 효과가 있으며, 내성 발현이 상대적으로 적습니다.

 

세포벽 합성 억제제 (Inhibitors of Cell Wall Synthesis)
대표적 항생제	베타락탐계	페니실린 (Penicillins): 아목시실린, 암피실린 등 세팔로스포린 (Cephalosporins): 세파클러, 세프트리악손 등 카바페넴 (Carbapenems): 이미페넴, 메로페넴 등
	글리코펩티드 (Glycopeptides)	반코마이신, 테이코플라닌 등
특징	1) 세균에 선택적으로 작용하며, 인체 세포에는 세포벽이 없기 때문에 비교적 독성이 낮습니다. 2) 페니실린 알레르기와 같은 과민 반응이 나타날 수 있습니다. 3) 세균은 PBPs의 변형 또는 세포벽 합성 경로의 우회 등을 통해 내성을 획득할 수 있습니다

베타락탐계 항생제는 페니실린, 세팔로스포린, 카바페넴, 모노박탐 등으로 나뉘며, 박테리아의 세포벽 합성을 억제해서 살균 작용을 합니다. 베타락탐계 항생제의 분류와 성분명은 다음과 같습니다.

 

베타락탐계 (β-lactam antibacterials)	항생제 분류		성분명
	페니실린계 (Penicillins)	천연 유래 페니실린계 (Natural penicillins)	페니실린 G(penicilln G) 벤자틴페니실린지
		페니실린 분해효소 저항성 페니실린계 (Penicillinase-resistant penicillins)	클록사실린 디클록사실린 나프실린
		광범위 페니실린계 (Penicillins with extended spectrum)	아목시실린(amoxicillin) 암피실린(ampicillin) 피페라실린(piperacillin) 바캄피실린 시클라실린
		베타락탐 분해 효소 억제제를 포함한 페니실린계 (Penicillins, including beta-lactamase inhibitors)	아목시실린/클라불란산 (amoxicillin/clavulanic acid) 암피실린/설박탐 (ampicillin/sulbactam) 피페라실린/타조박탐 (piperacillin/tazobactam) 암피실린/클록사실린 메탐피실린/설박탐 피페라실린/설박탐 설타미실린 티카실린/클라불란 페니실린 G(penicilln G)
	세팔로스포린계 (Cephalosporins)	1세대 2세대 3세대 4세대 5세대	세파졸린(cefazolin) 세팔렉신(cephalexin) 세파클러(cefaclor) 세프메타졸(cefmetazole) 세포티암(cefotiam) 세푸록심(cefuroxime) 세포탁심(cefotaxime) 세프트리악손(ceftriaxone) 세프타지딤(ceftazidime) 세페핌(cefepime)
		베타락탐 분해 효소 억제제를 포함한 세팔로스포린계 (Cephalosporins,incl. beta-lactamase inhibitors)	세포페라존/설박탐
	모노박탐계(Monobactams) 베타락탐 고리 단독으로 구성된 약제로, 그람음성균에 대한 항균력이 매우 좋음		아즈트레오남
	카바페넴계(Carbapenems) 항균 영역이 넓은 항생제로 그람양성균 음성균에 모두 항균력이 좋음		메로페넴(meropenem) 도리페넴(doripenem) 에르타페넴(ertapenem) 이미페넴/실라스타틴 (imipenem/cilastatin)

 

 

 

 

 

 

 

베타락탐 분해효소 억제제는 세균이 분비하는 베타락타마제를 비가역적으로 억제해 베타락탐계 항생제가 분해되지 않도록 보호하는 역할을 합니다. 페니실린계 항생제는 박테리아의 세포벽 합성을 방해하여 증식을 막으며, 대표적으로 암피실린과 아목시실린이 있습니다. 세팔로스포린계 항생제 역시 세포벽을 억제하는 작용을 하며, 세프졸린과 세프트리악손이 널리 사용됩니다.

 

베타락탐 분해효소를 비가역적으로 억제하는 클라블란산(clavulanicacid), 설박탐(sulbactam) 및 타조박탐(tazobactam)등은 단독으로는 항균력이 약하지만, 베타락탐 항생제와 병합하면 상승효과를 발휘하기에 베타락탐 분해효소에 의해 가수분해가 잘되는 박테락탐 항생제와 병합된 약제로 사용되고 있습니다.