인류를 구원한 약 '페니실린' 개발 속 숨겨진 이야기

김진구 헬스조선 기자|2018/02/14 08:00

MEDICINE 흥미로운 약 이야기


페니실린의 등장과 함께 인류의 평균수명은 1950년대 50대 언저리에서 현재 80대 이상으로 늘었다. 혹자는 페니실린이 없었다면 현재 인구 수가 절반 이하일 거라고도 말한다. 페니실린은 어떻게 개발된 것일까.

최근 80년간 세계를 바꾼 사건은 무엇이 있을까. 영국문화원이 전 세계 1만 명에게 이 질문을 던졌더니, ‘페니실린 대량 생산’이 ‘www’에 이어 2위로 꼽혔다.  PC 보급, 원폭 투하, 소련 붕괴보다도 앞선 순위다.

인류가 세균의 존재를 알아차린 건 얼마 되지 않았다. 프랑스의 미생물학자 루이 파스퇴르는 1855년 포도주가 자꾸 상하는 원인을 찾아달라는 양조업자들의 부탁을 받고 연구하던 중, 세균의 존재를 처음으로 확인했다. 이를 계기로 세균이 질병을 일으킨다는 사실도 밝혀냈다.

세균이라는 원인을 찾아냈으니 이제 항생제를 개발하는 일이 숙제로 남았다. 많은 의사와 과학자가 여기에 달려들었다. ‘페니실린’을 처음 발견한 알렉산더 플레밍과 ‘프론토실’을 발견한 게르하르트 도마크도 그중 하나였다. 흔히 최초의 항생제라고 하면 페니실린을 떠올리지만, 과학계에서는 페니실린과 프론토실 가운데 무엇이 최초인지를 두고 논란이 이어지고 있다. 이 논쟁을 촉발한 것은 플레밍 자신이다. 게으르면서 쉽게 포기하는 성격이 그로 하여금 페니실린을 발견하고, 또 스스로 페니실린을 포기하게 했다.

깜빡하고 넣지 않은 배양용기에 ‘우연히’ 날아든 푸른곰팡이

플레밍이 페니실린을 발견한 것은 잘 알려진 것처럼, 순전히 우연이었다. 1929년 플레밍은 영국 세인트메리병원에서 곰팡이를 배양해 멸균능력을 지닌 물질을 분리하는 연구를 진행하고 있었다. 마침 플레밍의 연구실 바로 아래층에는 곰팡이로 알레르기 백신을 만드는 연구가 한창이었다. 이 실험실에서 사용한 곰팡이 중 하나가 운 좋게 위층으로 날아왔다. ‘푸른곰팡이’로 잘 알려진 ‘페니실리움 노타툼’은 연구실의 수많은 곳 중에서도 하필 포도상구균이 배양되던 플레밍의 배양용기에 가서 앉았다.

곰팡이로 오염된 부분에만 포도상구균이 살지 못한다는 사실을 발견한 것은 플레밍이 여름휴가를 마치고 돌아온 뒤다. 그는 휴가를 떠나면서 단지 귀찮다는 이유로 배양용기를 배양기에 넣는 대신 실험대 위에 두고 갔다. 마침 그해 여름은 다른 해와 달리 날씨가 서늘했다. 곰팡이가 증식하기 딱 좋은 기온이었다. 추가 연구를 통해 플레밍은 이 푸른곰팡이로부터 페니실린을 분리해내기에 이른다. 플레밍은 페니실린이 포도상구균뿐 아니라 연쇄상구균, 뇌막염균, 임질균, 디프테리아균에 항균 효과가 있다는 점을 발견했다.

플레밍, 스스로 페니실린 연구 포기

그러나 딱 거기까지였다. 플레밍은 몇 번의 실험 끝에 자신의 발견을 ‘실패’로 단정했다. 토끼의 혈액을 이용해 효과를 측정해보니 지속시간이 30분도 되지 않았고, 자신의 연구를 돕던 조수의 코 속에 생긴 염증을 치료하려고 페니실린을 발랐지만, 아무 효과도 거두지 못한 것이다. 다리를 절단한 환자에게도 발라봤는데 효과는커녕 패혈증으로 사망했다. 결국 플레밍은 이듬해 5월 “곰팡이에서 얻은 물질은 항균력이 우수하지만, 몸에는 효과가 없을 것”이라며 연구를 포기했다. 곰팡이가 항균 효과를 나타낸다는 연구결과는 그전에도 이따금 발표됐기에 그의 연구는 다른 과학자들의 관심을 끌지 못한 채 사장됐다.

영원히 묻힐 뻔한 페니실린은 10년 뒤 하워드 플로리와 언스트 카인이라는 두 과학자가 세상으로 끌어냈다. 이들은 플레밍이 시도한 페니실린 연구를 재개하기로 결심했다. 한눈에 봐도 플레밍의 연구가 너무 엉성해서, 연구를 재개하면 새로운 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대했기 때문이다. 실제 재분석 결과, 플레밍의 연구는 페니실린의 용량이나 투여 방법은 전혀 고려하지 않은 채 작용 시간만 측정하는 등 부족한 부분이 한두 군데가 아니었다.

결국 두 사람은 플레밍의 오류를 보완해 다시 한 번 페니실린 연구에 착수했다. 곧 좋은 결과가 나왔다. 1940년 5월 동물실험에서 페니실린의 효과를 입증했고, 이듬해 8월엔 포도상구균에 감염된 환자를 대상으로 임상시험을 실시해, 그해 8월 논문으로 발표했다. 1943년에는 페니실린의 화학적 구조를 밝혀내 대량생산할 수 있게 됐다.

과연 플레밍의 페니실린을 최초로 볼 수 있느냐는 논쟁은 여기서 시작된다. 페니실린의 효과는 플레밍이 발견한 지 10년이 지나 다른 사람에 의해 증명됐기 때문이다.

자신이 발명한 항생제 딸에게 투여한 도마크

플레밍과 함께 논쟁의 중심에 서 있는 사람은 독일의 세균학자 게르하르트 도마크다. 독일 제약회사 바이엘 연구소에 근무하면서 항생물질 개발에 몰두했다. 도마크는 세균의 세포벽에 잘 붙는 염료일수록 균을 잘 죽인다는 가설을 세우고, 다양한 염료를 합성한 끝에 ‘프론토실’이 연쇄상구균을 죽이는 데 효과 있다는 것을 알아냈다.

어느 날 도마크의 여섯 살 난 딸이 바늘에 찔리는 사건이 발생했다. 열이 나고 팔이 부어오르는 등 전형적인 감염 증상이 나타났다. 도마크는 딸을 데리고 병원에 갔다. 의사는 팔을 잘라내자고 했다. 도마크는 받아들일 수 없었다. 그는 딸에게 프론토실을 여러 차례 먹였다. 상처는 부작용 없이 회복됐다. 이후 프론토실의 성분 자체는 세균을 죽이지 못하지만, 인체에서 ‘설파닐아미드’로 분해돼 세균을 죽인다는 사실이 밝혀졌다. 이때가 1953년, 플레밍이 페니실린을 개발한 지 6년 뒤이면서 플로리와 카인이 페니실린의 효과를 증명하기 5년 전이다.

최초 항생제 논쟁에서 플레밍 쪽 의견이 지배적인 것은 확실하다. 노벨 생리의학상 역시 1945년 플레밍·플로리·카인이 먼저 받고, 도마크는 1947년에 받았다. 그런데 여기엔 한 가지 비밀이 숨어 있다. 도마크가 플레밍에 앞선 1939년 노벨상 수상자로 선정됐던 것이다. 그러나 당시 나치 정부의 방해로 도마크는 노벨상을 거부한다는 문서에 강제 서명을 해야 했다. 전쟁이 끝나고 나치 정부가 사라진 뒤인 1947년 도마크는 8년 만에 노벨상 시상식에 참여할 수 있었다.