분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2009-03-06 10:16:07 , Hit : 5345
 유전자조작 바이러스를 이용한세균 감염치료

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-04

  
생물학자들은 세균을 약화시키기 위해 공학적으로 조작된 바이러스를 감염시켜 이 세균이 항생제에 좀더 취약해지도록 하는 방안을 개발했다. 점점 더 많은 세균이 일상적인 항생제에 저항성을 갖게 되면서 바이러스를 이용한 접근법은 약물을 사용하는데 있어서 유용할 수 있다. 세균 감염에 대해 바이러스를 이용하여 세균을 감염시켜 죽이는 방법은 거의 1세기 전부터 제안되어 왔다. 구소련의 의사들은 일상적으로 ‘세균분해 바이러스 또는 박테리오파아지 (bacteriophage) 혹은 단순히 ‘세포를 괴멸하는 세포, 즉 파아지 (phage)’를 이용한 바이러스를 처방해왔다. 하지만 이러한 치료법은 항생제가 개발되면서 서방세계에서 거의 사용되지 않았다.

그 이후 연구자들은 항생제-저항성 세균과 싸우기 위한 새로운 약물개발을 가속화했지만 결국 이 덫에 걸리고 말았다. 그리고 이들은 ‘파아지 치료 (phage therapy)’로 눈을 돌리게 되었다. 여러 기업들이 현재 이러한 치료법을 개발하고 있으며 2006년에 미국 식약청 (FDA)은 리스테리아 모노사이토진 (Listeria monocytogenes)이라 불리는 세균을 죽이기 위해 고기통조림에 번지는 박테리오파아지의 사용을 허가했다. 이 리스테리아 박테리아는 희귀하지만 때로는 치명적인 감염병으로 특히 약한 면역력을 가진 사람이나 임산부 그리고 태아에게 위험할 수 있는 리스테리아 감염증 (listeriosis)를 일으킨다. 전에 사용된 파아지 치료법은 보통 궁극적으로 감염된 세균을 파괴하고 세포를 죽이고 새로운 숙주에 좀더 많은 박테리오파아지를 배출하는 박테리오파아지에 의존해왔다. 하지만 이러한 직접적인 바이러스의 공격에 직면서 박테리아는 빠르게 바이러스에 저항성을 갖도록 진화되었다.

생명공학자인 보스턴 대학의 제임스 콜린스 (James Collins)와 그의 대학원 연구원인 티모시 루 (Timothy Lu)는 다른 접근경로를 선택했다. 치명적인 바이러스를 사용하는 대신에 연구자들은 이 세균을 단순히 약화시킬 수 있도록 바이러스를 변형시켰으며 이로 인해 세균은 항생제에 좀더 취약해지도록 했다. 루와 콜린스는 유전조작방법을 통해 세포를 감염시켜 파괴시키지 않는 M13이라는 박테리오파아지를 만들었으며 이를 통해서 세균이 손상된 DNA를 회복하는 능력을 상실하도록하는 <lexA3>이라 불리는 박테리아 단백질을 유전공학을 통해 만들었다. 이 조작된 M13 페이지는 세균에 감염되어 (이번 연구에서는 대장균 Escherichia coli를 대상으로 했다) 이 세균이 좀더 DNA에 손상을 일으키는 약물에 취약하도록 하는 <lexA3>을 생산하도록 했다.

연구자들은 이 박테리오파아지를 이용하면 항생제인 <오플록사신 (ofloxacin)>이 대장균을 죽일 수 있는 능력을 증대시키도록 세포배양을 했으며 심지어 이 대장균 박테리아가 항생제에 저항성을 갖게 되었을 때에도 사용될 수 있다. 이번 발견을 통해서 이러한 형태의 파아지 치료법은 지금까지 더 이상 효능이 없다고 생각되었던 항생제에 큰 힘을 실어주게 되었다.

실험쥐를 대상으로 한 실험결과도 또한 희망적이다. 오플록사신과 조작된 M13 파아지를 주입받은 실험동물의 80%는 질병을 일으키는 대장균의 감염에도 살아남았으며 이와 비교해서 항생제만 투약받은 실험동물의 생존율은 20%에 지나지 않았다. 일본의 고치의대 (Kochi Medical School)의 미생물학자인 시게노부 마츠자키 (Shigenobu Matsuzaki)는 “이들 발견은 일반적으로 박테리아 감염을 통제하는데 중요하다”고 말하면서 하지만 이 기술이 실제 임상에서 사용되기 위해서는 오랜 시간이 걸릴 것이라고 그는 지적했다. 이러한 접근법의 오랜 역사에도 불구하고 파아지 치료법에 대해서는 우려가 끊이지 않았다. 이 치료법은 예를 들어 원하지 않는 면역반응을 일으킬 수 있거나 일부 파아지는 인간신체에서 목표지점까지 도달하는 과정에서 살아남지 못하는 경우가 있다. 더구나 박테리오파아지는 숙주를 선택하는데 있어서 매우 까다롭다는 것으로 악명이 높다. 과거에 의사는 각기 다른 여러가지 박테리오파아지를 처방하여 이들 중 하나가 환자에 감염된 세균에 도달하기를 희망했다. 하지만 유전자조작 바이러스가 만들어지지 않았다면 의사들은 치료 전에 어떤 계통의 세균이 감염을 일으키는가에 대해 먼저 알아야 한다.

출처: <네이처> 2009년 3월 3일
참고자료: 보스턴 대학의 연구팀이 <PNAS>지에 발표한 연구논문인 Lu, T. K. & Collins, J. J. “Engineered bacteriophage targeting gene networks as adjuvants for antibiotic therapy” Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.0800442106 (2009)의 원문참조.








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