Penicillin-Streptomycin이란? 세포배양에서 가장 많이 사용하는 항생제

 

 

Penicillin-Streptomycin(Pen-Strep)은 세포배양 배지에 가장 흔하게 첨가되는 항생제 조합이에요. 보통 DMEM이나 RPMI 같은 배지를 만들 때 FBS와 함께 추가하며, 세균 오염을 예방하기 위한 목적으로 사용돼요.

대부분의 제품은 100X stock 형태로 판매되고, 배지에 1:100 비율로 희석해 사용해요. 최종 농도는 일반적으로 Penicillin 100 U/mL, Streptomycin 100 μg/mL가 되죠.

연구실에서 너무 당연하게 사용하다 보니 그냥 "항생제" 정도로 생각하는 경우가 많지만, Penicillin과 Streptomycin은 서로 완전히 다른 방식으로 세균을 억제해요.

 

Penicillin은 어떻게 세균을 죽일까?

 

 

Penicillin은 세균의 세포벽 합성을 방해하는 항생제예요.

세균은 세포벽을 통해 형태를 유지하고 외부 환경으로부터 자신을 보호하는데, Penicillin은 세포벽을 만드는 과정에 필요한 효소를 억제해요. 결국 세포벽이 제대로 형성되지 못하고 세균이 파괴되면서 죽게 되죠.

특히 Gram-positive bacteria에 대한 활성이 강한 것으로 알려져 있어요. Streptococcus나 Staphylococcus 같은 세균이 대표적인 표적이에요.

1928년 Alexander Fleming이 우연히 발견한 이후 현대 항생제 시대를 연 약물로 평가받고 있으며, 지금도 다양한 β-lactam 계열 항생제의 출발점이 된 물질이에요.

 

Streptomycin은 Penicillin과 무엇이 다를까?

 

 

Streptomycin은 세포벽이 아니라 단백질 합성을 저해해요.

세균이 살아가기 위해서는 끊임없이 단백질을 만들어야 하는데, Streptomycin은 세균 리보솜에 결합하여 이 과정을 방해해요. 결과적으로 세균은 필요한 단백질을 생산하지 못하게 되고 성장과 증식이 억제돼요.

1943년 Selman Waksman 연구팀이 발견한 Streptomycin은 결핵 치료 역사에서 매우 중요한 의미를 가져요. 실제로 결핵균(Mycobacterium tuberculosis)에 효과를 보인 최초의 항생제 중 하나였기 때문이에요.

즉 Penicillin은 세균의 외벽을 무너뜨리고, Streptomycin은 세균 내부의 단백질 생산 공정을 멈추게 만드는 방식이라고 생각하면 이해하기 쉬워요.

 

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왜 두 항생제를 같이 사용할까?

 

 

세균마다 약물에 대한 민감도가 달라요.

어떤 세균은 Penicillin에 잘 죽지만 Streptomycin에는 상대적으로 강할 수 있고, 반대로 Streptomycin에 더 민감한 세균도 존재해요.

그래서 두 항생제를 함께 사용하면 더 넓은 범위의 세균을 억제할 수 있어요.

실제로 Pen-Strep이 수십 년 동안 세포배양의 표준 항생제로 자리 잡은 이유도 여기에 있어요. 서로 다른 기전을 사용하기 때문에 오염 예방 효과가 더 안정적이죠.

 

세포배양에서 Pen-Strep의 역할

세포배양 실험에서 가장 흔하게 발생하는 문제 중 하나가 세균 오염이에요.

오염이 발생하면 배지가 뿌옇게 변하거나 pH가 급격히 변하고, 세포 성장 속도가 감소하거나 세포가 죽을 수 있어요. 심한 경우 수주 동안 진행한 실험 데이터를 모두 버려야 하는 상황도 생길 수 있죠.

Pen-Strep은 이러한 세균 오염 위험을 줄여주는 역할을 해요.

특히 Primary cell culture처럼 오염에 민감한 실험이나 장기간 세포를 유지해야 하는 경우 자주 사용돼요. 바이러스 생산이나 단백질 발현 실험에서도 일반적으로 포함되는 경우가 많아요.

 

Pen-Strep을 항상 넣어야 할까?

흥미롭게도 모든 연구실이 항생제를 상시 사용하는 것은 아니에요.

오히려 경험이 많은 연구실 중에는 항생제를 넣지 않는 곳도 적지 않아요.

이유는 Pen-Strep이 오염 자체를 막는 것이 아니라 세균 증식을 억제하는 역할만 하기 때문이에요. 항생제 때문에 오염이 가려지면 연구자가 문제를 늦게 발견할 수도 있어요.

또한 세포가 장기간 항생제에 노출될 경우 예상하지 못한 생물학적 변화가 발생할 가능성도 완전히 배제할 수 없어요.

그래서 일부 연구실에서는 항생제 없이 세포를 유지할 수 있을 정도의 무균조작 능력을 더 중요하게 생각하기도 해요.

 

Pen-Strep으로 해결되지 않는 문제

많은 사람들이 Pen-Strep만 넣으면 오염 걱정이 없다고 생각하지만 실제로는 그렇지 않아요.

대표적인 예가 Mycoplasma 오염이에요.

Mycoplasma는 세포벽이 없는 세균이기 때문에 Penicillin의 영향을 거의 받지 않아요. 또한 일반 세균처럼 배지를 탁하게 만들지도 않아서 육안으로 확인하기 어렵죠.

Mycoplasma에 오염되면 세포 성장 속도, 유전자 발현, 단백질 생산량 등이 모두 영향을 받을 수 있어요. 실험 결과 자체가 달라질 수 있기 때문에 정기적인 검사가 필수예요.

실제로 세포배양 경험이 많은 연구자일수록 Pen-Strep보다 Mycoplasma testing을 더 중요하게 생각하는 경우가 많아요.

 

Streptomycin의 독성은 어떤 의미가 있을까?

임상적으로 Streptomycin은 강력한 항생제지만 부작용도 잘 알려져 있어요.

대표적으로 청력 손상과 신장 독성이 보고되어 있어요. 그래서 현재는 특정 상황에서만 제한적으로 사용되고 있죠.

다만 세포배양에서 사용하는 Pen-Strep은 매우 낮은 농도로 사용되기 때문에 임상적 부작용과 직접 연결해서 생각할 필요는 없어요.

 

항생제 내성도 고려해야 한다

Penicillin과 Streptomycin 모두 오랜 기간 사용되면서 다양한 내성균이 등장했어요.

실험실에서도 반복적인 오염이 발생한다고 해서 항생제 농도를 무작정 높이는 것은 좋은 해결책이 아니에요. 오염 원인을 찾고 배양 환경과 무균조작 과정을 점검하는 것이 우선이에요.

항생제는 오염을 예방하는 보조 수단이지, 실험실 관리의 대체재는 아니기 때문이에요.



Penicillin-Streptomycin은 세포배양에서 가장 널리 사용되는 항생제 조합이에요. Penicillin은 세균의 세포벽 합성을 억제하고, Streptomycin은 단백질 합성을 억제하면서 서로 다른 방식으로 세균 증식을 막아줘요.

덕분에 대부분의 세포배양 프로토콜에서 기본적으로 사용되고 있지만, Pen-Strep만으로 모든 오염을 해결할 수 있는 것은 아니에요. 특히 Mycoplasma는 별도의 관리가 필요하고, 궁극적으로는 철저한 무균조작이 가장 중요해요.

세포배양을 오래 할수록 느끼게 되는 사실 중 하나가 있어요. 좋은 항생제보다 더 중요한 것은 깨끗한 실험 습관이라는 점이죠.