알렉산더 플레밍 페니실린을 발견함(1928)
알렉산더 플레밍 경(영어: Sir Alexander Fleming, FRS, 1881년 8월 6일~1955년 3월 11일)은 영국 스코틀랜드의 세균학자이다. 대표 업적은 항균물질 리소자임(lysozyme)과 푸른곰팡이(Penicillium notatum)에서의 페니실린의 발견이며, 페니실린의 발견은 후에 항생제 분야 발전의 시발점이 되었다. 이에 대한 업적으로 플레밍은 1945년 에른스트 보리스 체인, 하워드 월터 플로리와 함께 노벨 생리학·의학상을 공동수상하였다.
플레밍은 스코틀랜드 에어셔 지방의 로흐필드 출신으로 킬마르녹의 리젠트 공예학교에서 2년간 교육받았다. 그리고 상선회사에서 4년간 일한 후에 런던 대학교 세인트 메어리즈 병원 의과대학(현 임페리얼 칼리지 런던)에 입학하여 졸업 후에는 제1차 세계 대전에서 병원이 파괴될 때까지 의학교 소속으로 있었다. 제1차 세계대전 중 그는 많은 동료들처럼 프랑스의 야전병원에서 복무하였다. 전쟁 후에는 세인트 메어리즈 병원 의학교에 복귀하여 감염증 치료를 개선시킬 수 있는 세균학 및 면역학 분야를 연구하였다.
알렉산더 플레밍의 대표적인 연구 업적에는 리소자임과 페니실린이 있다. 이 두 가지는 1920년대에 우연적으로 발견되었다. 리소자임은 1922년 플레밍이 제1차 세계 대전 중 부상병들이 세균으로 인한 패혈증으로 죽어가는 것에 대한 연구를 하던 도중에 우연적으로 발견•분리되었으며, 페니실린은 1928년 포도상구균 배지에서 인플루엔자 바이러스에 관한 연구를 하던 중 우연히 배양기에 발생한 푸른곰팡이 주위가 무균 상태라는 사실을 통해 발견되었다. 더욱 연구에 박차를 가하여 마침내 푸른곰팡이의 배양물을 800배로 묽게 하여도 포도상구균의 증식을 방지할 수 있다는 사실을 발견, 이 물질을 페니실린이라 명명하였다. 이러한 우연적인 발견을 과학사에서는 세런디피티 라고 한다. 플레밍의 리소자임과 페니실린 발견은 세런디피티의 대표적인 예로, 때때로 이러한 우연적인 발견은 과학의 발전에 큰 부분을 차지하고 있다.
페니실린은 페니실리움(Penicillium) 속(屬)에 속하는 곰팡이에서 얻은 화학물질로 세균성 전염병을 치료하는 항생제이다. 페니실린이 세균을 죽일 수 있다는 사실은 1928년 스코틀랜드 생물학자인 알렉산더 플레밍(Alexander Fleming, 1881-1955) 이 발견하였다. 그 이전에도 곰팡이 주위에 세균이 자라지 않는다는 것을 관찰은 하였으나 실험적으로 명확히 밝힌 사람이 플레밍이다.
그는 박테리아가 자라는 배지에 페니실리움 곰팡이가 오염되었을 경우 이 곰팡이 주변에는 박테리아가 자라지 않는 현상을 관찰하였다. 그 이유는 곰팡이가 어떤 물질을 분비하고, 그 물질에 의해 박테리아가 용균되어 자라지 못한다고 결론내리면서 이것을 페니실린이라고 명명하였다.
그리고 플레밍은 페니실린이 사람의 병을 치료하는 데 기여를 할 것으로 생각은 하였으나 그 당시 페니실린을 다량 생산할 수 없었고 몸에 흡수된 후에 쉽게 배설되는 문제가 있어 질병 치료에 실제 이용하지는 못했다. 이러한 문제는 1939년 하워드 플로리(Howard Walter Florey, 1898-1968)와 어네스트 체인(Ernst Boris Chain,1906-1979)이 안정적인 제조법을 고안하여 환자에 적용함으로서 해결하였다. 뒤이어 1943년에는 공장에서 대량 생산이 이루어졌고, 1945년에 세사람은 공동으로 노벨 생리의학상을 수상하였다.
페니실린의 작용기전은 세균의 세포벽을 자라지 못하게 함으로써 박테리아가 용균(lysis)되거나 생장을 멈춘다. 특히 페니실린은 매독, 뇌막염, 폐렴과 같은 그램양성 세균성 질병을 치료하는 데에는 효과가 있다. 그러나 임질을 일으키는 세균을 제외한 대부분의 그램음성균에는 효과가 없다. 그러나 암피실린(ampicillin)과 아목시실린(amoxicillin)과 같은 항생제는 그램양성 세균 뿐 아니라 그램음성균으로 인한 질병을 치료하는 데 효과가 있어 사용 범위가 넓다.
위대한 발견은 우연을 디딤돌로 삼는다. 플레밍의 실험실로 날아든 그날의 곰팡이는 푸른 곰팡이, 즉 ‘페니실리움 노타툼(Penicillium notatum)’으로 플레밍 자신도 몰랐던 희귀 곰팡이였다. 아래층에서 바람을 타고 올라온 것으로 추정하는데 그 곳에 균류 전문가의 실험실이 없었다면 얻기 힘든 행운이었다. 또 포도상구균과 곰팡이의 성장 온도는 큰 차이가 나는데 공교롭게도 그 해 여름 런던 기온이 갑자기 뚝 떨어졌다가 상승하면서 곰팡이가 제대로 피었다. 그러나 그 우연은 '준비된 우연'이었다. 플레밍은 1922년 콧물 속 효소인 라이소자임(lysozyme)이 특정 박테리아를 녹이는 것을 놓치지 않고 봐 두었기에 페니실린을 발견할 수 있었다.
페니실린은 베타락탐(beta-lactam) 계열 항생물질로 모핵은 6-아미노페니실란산(6-aminopenicillanic acid, 6-APA)인데, 치환기(-R)를 화학적으로 변화시켜 β락타마아제에 의해 활성이 상실되지 않는 유도체인 반합성 페니실린이 많이 개발되어 있다. 동물세포에는 존재하지않고 세균의 세포벽에 존재하는 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 합성을 저해하기 때문에 높은 선택적 독성(selective toxicity)을 나타낸다.
다른 항생제에 비하여 부작용이 적으나 사람에 따라서는 알레르기로 인한 쇼크나 피부 반응 등과 같은 알레르기 반응을 일으킨다. 따라서 이러한 페니실린 알레르기 존재 여부를 확인하고 사용하는 것이 바람직하다. 또한 세균이 페니실린에 내성이 생겨 항생제가 잘 듣지 않는 경우가 있다. 어떤 세균은 페니실린을 분해하는 효소를 생산하여 페니실린을 분해하여 내성이 생기는 경우도 있다.
메티실린(methicillin)이나 옥사실린(oxacillin)과 같은 항생제는 이러한 분해 작용이 일어나지 않도록 인공적으로 합성한 페니실린이다. 아울러 에리트로마이신(erythromycin)과 같은 항생제는 이와 같이 페니실린에 내성이 생긴 세균성 질병을 치료하는 데 효과적이다.