선택독성
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1. 개요
선택독성은 특정 생물에게만 독성을 나타내는 성질을 의미하며, 항생제, 살충제 등이 예시이다. 이러한 물질은 의료, 환경 위생, 농업 등 다양한 분야에서 활용되지만, 과도한 사용은 약제 내성 획득, 생태계 파괴, 환경 문제 등 심각한 부작용을 초래할 수 있다. 선택독성은 자연 상태에서도 나타나며, 생물의 생존 전략이나 대사 작용과 관련이 깊다.
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| 선택독성 | |
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| 선택독성 | |
| 정의 | 어떤 화학 물질이 살아있는 유기체에 다른 화학 물질보다 더 해로운 작용을 하는 것 |
| 설명 | 선택적인 독성을 나타내는 화학 물질은 살충제, 제초제 및 항생제를 포함한다. 이러한 경우에 인간, 가축 또는 유용한 식물과 같은 원하는 유기체에 비해 해충에 더 유독한 화학 물질이 바람직하다. 예를 들어, 많은 항생제는 세균에 유독하지만 인간에게는 독성이 적다. 유사하게, 많은 제초제는 잡초에 유독하지만 작물에는 독성이 적다. |
| 역사 | 선택적 독성의 개념은 1900년대 초 파울 에를리히에 의해 처음 도입되었다. 그는 "마법의 탄환"이라는 개념을 제안했는데, 이는 특정 질병을 표적으로 삼으면서 신체의 다른 세포에는 해를 끼치지 않는 약물을 의미한다. 이 개념은 새로운 약물과 살충제를 개발하는 데 매우 영향력이 있었다. |
| 메커니즘 | 선택적 독성의 메커니즘은 복잡하고 다양하다. 몇 가지 일반적인 메커니즘은 다음과 같다. 표적 유기체에만 존재하는 생화학적 경로 또는 구조를 표적으로 삼는다. 표적 유기체에서 약물을 활성화시키는 반면 숙주 유기체에서는 약물을 비활성화시킨다. 표적 유기체가 약물을 더 쉽게 흡수하게 만든다. 숙주 유기체가 약물을 더 쉽게 해독하게 만든다. |
| 예시 | 페니실린은 세균 세포벽의 합성을 억제하는 항생제이다. 인간 세포에는 세포벽이 없기 때문에 페니실린은 인간에게는 독성이 적다. 글리포세이트는 식물의 특정 효소를 억제하는 제초제이다. 인간과 동물에는 이 효소가 없기 때문에 글리포세이트는 인간과 동물에게는 독성이 적다. |
| 중요성 | 선택적 독성은 새로운 약물과 살충제를 개발하는 데 중요한 개념이다. 화학 물질이 표적 유기체에만 유독하고 다른 유기체에는 독성이 적도록 설계함으로써 부작용을 최소화하면서 질병과 해충을 통제할 수 있다. |
| 추가 정보 | 선택적 독성은 절대적인 것이 아니라 상대적인 개념이라는 점에 유의하는 것이 중요하다. 어떤 화학 물질도 모든 유기체에 완전히 무독성일 수는 없다. 그러나 특정 유기체에 다른 유기체보다 훨씬 더 유독한 화학 물질을 개발하는 것은 가능하다. |
| 참고 문헌 | Albert, A. (1985). Selective Toxicity: The Physico-Chemical Basis of Therapy (7th ed.). London: Chapman and Hall. |
2. 선택독성의 원리
선택독성은 특정 종류의 생물에게만 독으로 작용하는 성질이며, 이러한 성질을 가진 물질을 '''선택독'''이라고 부른다.
의료 분야의 항생물질, 농업 및 환경 위생 분야의 살충제 등이 선택독의 예시이다. 이들은 인간의 건강과 삶의 질 향상에 기여하지만, 과용하면 대상 미생물이 약제 내성을 획득하여 문제가 심각해질 수 있다.
자연계에서 선택독은 유독 식물처럼 독을 가진 생물이 화학 방어를 위해 사용하거나, 동물이 먹이를 쉽게 잡기 위해 사용한다. 이 독은 보유 생물에게는 무해하지만, 섭취 또는 주입된 생물에게는 독으로 작용한다.
산소는 호기 호흡 생물에게 필수적이지만, 혐기 호흡 생물에게는 치명적이다. 호기 호흡 생물은 항산화 작용으로 산소 피해를 막지만, 혐기 호흡 생물은 이 기능이 없다.
2. 1. 생물학적 작용 기전
대사 기능의 차이가 선택 독성이 작용하는 원인이다.예를 들어, 근육 조직이 없는 식물은 근육 이완제를 투여해도 영향이 없다.
알릴 설파이드 소화 효소를 가진 사람은 양파를 먹어도 괜찮지만, 반려동물인 개나 고양이에게는 유해하다(양파 중독). 이는 개와 고양이가 알릴 설파이드 분해 효소를 가지고 있지 않기 때문이다.
곤충은 원시적 신경 조직이 피레스로이드에 민감하여 살충제의 영향을 신경독으로 받기 쉽다. 그러나 어류, 양서류, 파충류도 피레스로이드에 민감하므로, 이들을 기르는 환경에서는 살충제 사용이 위험하다. 인간을 포함한 포유류나 조류는 신경 조직 구조가 피레스로이드의 영향을 받지 않도록 되어 있다. 단, 피레스린은 알레르겐이 될 수 있어, 과다 사용 시 다른 형태로 영향을 줄 수 있다.
항암제 같은 화학 요법 약제는 정교한 조작으로 환부를 표적으로 한다. 악성 종양은 세포가 본래 기능을 벗어나 무질서하게 증식하는 것이지만, 본질적 기능과 구조는 정상 세포와 같다. 그러나 "활발하게 분열 증식"하거나 "특정 부분에 집중"되는 등 "다른 부분과의 차이"(생화학적 특징)를 이용하여, 세포 활동을 방해하거나 정지시킨다(괴사).
이러한 선택성에서 차이가 불명료하면 다른 부위에 부작용이 나타나기도 한다. 요법 선택에는 부작용 문제가 허용 범위인지 여부도 영향을 미치며, 사전 동의처럼 "어느 정도의 영향을 허용할 것인가"에 환자 의견을 반영하기도 한다.
2. 2. 암 치료에서의 선택독성
근육이라는 조직을 가지지 않는 식물은 아무리 근육 이완제를 투여해도 영향이 없을 것이다.알릴 설파이드의 소화 효소를 가진 사람은 양파를 먹어도 문제가 없지만, 인간에게는 가까운 동물인 반려동물의 개나 고양이에게는 유해하다 (양파 중독). 이것은, 그 동물들은 알릴 설파이드의 분해 효소를 가지고 있지 않기 때문이다.
곤충에서는 원시적 구조의 신경 조직이 피레스로이드에 대한 민감성(영향을 받는 것)이 높고, 이를 사용한 살충제의 영향을 신경독으로 받기 쉽다. 다만 피레스로이드 민감성은 어류(소위 열대어 포함)에서 양서류, 파충류에도 있기 때문에, 이러한 종류의 애완동물이 있는 환경에서 살충제를 이용하는 것은 위험하다. 인간을 포함한 포유류나 조류는 신경 조직의 구조 자체가 피레스로이드의 영향을 받지 않도록 되어 있다. 다만, 피레스로이드 중 하나인 피레스린은 알레르겐이 될 수 있으며, 너무 많은 양을 사용하면 인간에게도 다른 형태로 영향이 나타난다.
한편, 항암제에 대표되는 화학 요법에 사용되는 약제는 더욱 정교한 조작으로, 소정의 환부를 표적으로 한 작용을 한다. 악성 종양은 생물의 육체를 구성하는 세포가 본래의 기능을 벗어나 무질서하게 증식하여 문제를 일으키지만, 그 본질적인 기능, 구조는 원래 정상적으로 기능하고 있는 세포와 동질이다. 그러나 병소가 된 환부에서 발견되는 "활발하게 분열 증식하고 있다"거나 "어떤 부분에 집중되어 있다" 등의 "다른 부분과의 차이"(생화학적 특징 등)를 이용하여, 그 세포의 활동을 방해하거나 정지시키다(괴사).
이러한 선택성에서는, 그 차이가 불명료한 것에 따라, 흔히 다른 부위에도 영향이 나타나는 부작용도 발생시키지만, 그 문제가 허용 범위인지 여부에 따라서도 요법의 선택에 영향을 미치고, 사전 동의처럼 "어느 정도의 영향을 허용할 것인가"에, 환자의 의견을 치료에 반영시키는 활동도 찾아볼 수 있다.
2. 3. 섭취 방법과 작용
근육이라는 조직을 가지지 않는 식물은 아무리 근육 이완제를 투여해도 영향이 없을 것이다.알릴 설파이드의 소화 효소를 가진 사람은 양파를 먹어도 문제가 없지만, 인간에게 가까운 동물인 반려동물의 개나 고양이에게는 유해하다 (양파 중독). 이것은 그 동물들이 알릴 설파이드의 분해 효소를 가지고 있지 않기 때문이다.
곤충에서는 원시적 구조의 신경 조직이 피레스로이드에 대한 민감성(영향을 받는 것)이 높고, 이를 사용한 살충제의 영향을 신경독으로 받기 쉽다. 다만 피레스로이드 민감성은 어류(소위 열대어 포함)에서 양서류, 파충류에도 있기 때문에, 이러한 종류의 애완동물이 있는 환경에서 살충제를 이용하는 것은 위험하다. 인간을 포함한 포유류나 조류는 신경 조직의 구조 자체가 피레스로이드의 영향을 받지 않도록 되어 있다. 다만, 피레스로이드 중 하나인 피레스린은 알레르겐이 될 수 있으며, 너무 많은 양을 사용하면 인간에게도 다른 형태로 영향이 나타난다.
사냥용 독침에 사용되는 d-튜보쿠라린(쿠라레)처럼 외상으로 동물의 체조직에 주입되면 신경독(마비를 유발)으로 작용하지만, 경구 섭취(먹는 것)에는 아무런 영향을 주지 않는 독물도 있다.
독의 강도를 나타내는 지표로는 치사량(LD50 등)이 있지만, 섭취했을 때의 경구 섭취·주사(피하 주사/혈관 주사)·흡입에 의한 호흡기로부터의 흡수·피부에 부착되었을 때의 흡수 등, 투여 방법에 따라서도 영향이 나타나는 양이 크게 다른 물질도 많다.
3. 선택독성과 문제점
선택독성은 특정 생물에게만 작용하여 의료 및 환경 위생 분야에서 유용하지만, 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
자연 상태에서 발견되는 독은 대부분 유독 식물 등이 자신을 보호하거나 동물을 사냥할 때 사용된다. 이러한 독은 독을 가진 생물 자신에게는 영향을 미치지 않지만, 포식자나 먹잇감에게는 치명적이다. 지구상에는 선택독성을 띠는 물질이 흔하며, 한 예로 산소는 호기성 호흡을 하는 생물에게 필수적이지만 혐기성 호흡을 하는 생물에게는 치명적이다. 호기성 생물은 항산화 작용을 통해 산소로 인한 피해를 막지만, 혐기성 생물은 이러한 기능이 없다.
3. 1. 약제 내성 문제
선택독성은 특정 종류의 생물에게만 독성을 나타내는 성질을 의미하며, 이러한 성질을 가진 물질을 선택독이라고 부른다. 의료 분야의 항생제나 환경 위생 분야의 살충제 등이 선택독의 예시이다. 이러한 선택독은 인간의 건강과 삶의 질을 향상시키는 데 기여하지만, 과도하게 사용하면 대상 생물이 약제 내성을 획득하여 문제가 심각해질 수 있다.선택독성이 보편적으로 사용되면 대상 생물이 도태되고 적응이 진행되어 약물 내성을 획득하게 된다. 약물 내성을 획득한 생물은 경쟁자가 없는 환경(생태적 지위)에서 번식할 기회가 확대될 수 있다. 이것이 인간에게 불리한 특성을 가진 생물일 경우, 해당 생물은 환경 내 자원을 독점하여 대규모 번식을 이룰 수 있다. 또한, 기존에 사용되던 물질로는 문제 해결이 불가능하고, 이러한 대규모 번식에 대항할 수단이 없다는 점에서 더 큰 문제가 될 수 있다. 이러한 문제의 대표적인 사례로, 병원 내에서 발생하는 원내 감염이 있다.
3. 2. 환경 문제
선택독성(Selective toxicity영어)은 특정 종류의 생물에게만 독성으로 작용하는 성질을 말하며, 이러한 성질을 가진 물질을 선택독이라고도 부른다. 선택독은 좁은 범위에서만 유효하다면 문제가 없지만, 환경에 유출될 경우 예상치 못한 영향을 미칠 수 있다.레이첼 카슨의 저서 『침묵의 봄』에서 경고된 바와 같이, 생태계의 일부가 파괴되어 전체에 영향을 미치거나, 생물 피라미드의 한 계층이 소멸하여 그 위에 위치한 생물의 생존이 위협받는 등의 우려가 존재한다.
또한, 직접적인 개체 생명 활동에 미치는 영향이 아니라, 특정 종의 모습 자체가 완전히 변화해 버리는 영향이 우려되는 물질로서, 내분비 교란 화학 물질 (소위 "환경 호르몬")이 존재한다. 이들은 직접적으로 생존을 위협하는 것은 아니지만, 생식 등 생물의 기본적인 활동에 영향을 미쳐, 멸종을 촉진할 가능성이 우려되고 있다. 또한, 이 호르몬과 유사한 작용을 하는 것으로 여겨지는 물질은, 호르몬이 생물 종에 따라 다양한 화합물이 이용되는 관계상, 특정 종에만 강하게 영향이 나타나는 경우도 지적되고 있으며, 원인 물질의 존재를 알아차리기 어렵고, 사태가 심각해진 후에야 영향이 인식될 가능성이 있어 사회 문제로도 거론되고 있다.
4. 선택독성의 이용
선택독성은 특정 종류의 생물에게만 독으로 작용하는 성질이며, 이러한 성질을 가진 물질을 선택독이라고 부른다. 선택독은 의료 분야의 항생제, 환경 위생 분야의 살충제 등 다양한 분야에서 이용된다. 이러한 물질들은 인간의 건강과 삶의 질을 향상시키지만, 과도하게 사용하면 대상 생물이 약제 내성을 획득하여 문제가 심각해질 수 있다.
자연 상태에서 독을 가진 생물들은 화학적 방어를 위해 독을 이용하거나, 먹이를 쉽게 잡기 위해 독을 사용한다. 산소는 호기성 호흡을 하는 생물에게는 필수적이지만, 혐기성 호흡을 하는 생물에게는 치명적이다. 호기성 생물은 항산화 작용으로 산소의 해를 막지만, 혐기성 생물은 이러한 기능이 없다.
4. 1. 주요 활용 분야
선택독은 의료 분야에서 항생물질로, 농업 및 환경 위생 분야에서 살충제로 이용되며, 인간의 건강과 삶의 질 향상에 기여한다.
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