분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2013-05-10 14:31:14 , Hit : 2552
 약물 저항성 세균을 파괴하는 방법

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013050158&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-05-10      
          
미국 피츠버그대학 연구팀이 위중한 약물 저항성 세균을 파괴하는 새로운 방법을 우연히 찾아냈다고 한다. ‘Antimicrobial Agents and Chemotherapy’ 최신호에 발표된 논문에 따르면, HIV가 세포를 감염시킬 때에 이용하는 방식을 이용하여 약물 저항성 세균을 파괴할 수 있다고 한다. 이번 연구 결과는 우선 낭포성 섬유증 환자들의 폐 감염에 효과적일 것으로 기대되고 있으며, 다른 세균 감염증에 대해서도 효과를 확인해 볼 계획이라고 한다. 연구를 주도한 피츠버그대학 백신 연구센터의 소장인 Ronald Montelaro 박사는 “이번 새로운 항생제의 발견은 HIV 단백질에 대한 기초 연구에서 얻어진 예상하지 못한 성과이다. 이 단백질에 대한 연구에서 우리는 세균 감염에 대항할 수 있는 새로운 구조의 물질을 찾아내게 되었다”고 설명했다.

낭포성 섬유증은 흔한 유전질환 중 하나로 3,500명 중 한 명꼴로 발생하며, 매년 미국 약 1,000명이 새롭게 진단되고 있다. 이들 환자들은 CFTR(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)이라 불리는 염소 채널(chloride channel)에 발생한 돌연변이에 의해서 유발된다. CFTR은 세포 막을 가로질러 염소 이온을 수송하여, 폐와 췌장 같은 조직에서 적정 수화(hydration) 수준을 유지한다. 그러나 CTFR에 발생한 돌연변이로 환자들 체내에서 고점액 물질이 생산되고, 염분이 점막 생성세포를 투과하지 못하여 두껍고 끈적거리는 점막이 만들어진다. 이들 점액 물질은 호흡 곤란 문제 외에도 세균, 특히 녹농균의 집락 형성과 호흡기계 감염을 유발하는 것으로 알려져 있다. 녹농균 감염은 기관지염, 호흡 곤란, 사망 등을 유발하며, 집중적인 항생제 치료에도 낭포성 섬유증 환자들의 기대수명은 약 40세 수준이라고 한다. 또한 낭포성 섬유증 환자들의 80% 이상에게서 적어도 1종 이상의 항생제 저항성이 확인되고 있다.

이번 논문의 공저자인 Joseph M. Pilewski 박사는 “낭포성 섬유증 환자들의 약물 저항성 세균 감염은 환자들의 수명을 크게 단축시킨다. 이들 환자들에게서는 유전적 결실로 인하여 점막이 과다하게 생성되어서 기도가 차단되고 호흡이 곤란해지며 감염증 발생 위험이 높아지게 된다”고 밝혔다. 연구팀은 기존에 진행해 오던 연구에서 HIV에 존재하는 나선형 펩타이드의 특정 아미노산 배열이 숙주 세포에 구멍을 내서 감염을 유발하는 것을 발견했다. 이어서 연구팀은 이 배열에 기초하여 효율을 더 높인 아미노산 12~48개로 구성된 여러 펩타이드들을 합성하였으며, 이들 펩타이드를 eCAPs(engineered cationic antimicrobial peptides)라 명명하였다. 연구팀의 시험관 시험에서 이들 eCAP가 신속하게 세균을 파괴했으며, 그 중에서도 12개와 24개의 아미노산으로 구성된 펩타이드들은 기존 항생제에 내성을 발휘하는 세균들에 대해서도 뛰어난 효과를 냈다고 한다. 더하여 연구팀은 eCAPs에서 아르기닌과 트립토판을 바꿔서 구조를 변형시키면, 더욱 효과가 높아지는 것도 확인했다. 이렇게 제조된 eCAPs들은 짧은 길이로 생산되어서 비용이 적게 소요됨에도 불구하고 뛰어난 항균 효과를 냈다고 한다.

이번 연구 결과는 지난 4월에 시카고에서 개최된 BIO International Convention과 보스턴에서 개최된 University Research & Entrepreneurship Symposium(URES)에서도 발표되어서 기업들의 많은 관심을 모았다고 한다. 논문의 다른 공저자이자 MBA를 이수한 Jonathan Steckbeck 박사는 “이들 심포지엄에서 많은 제약 및 바이오 기업들이 우리 연구에 관심을 표명했다. 또한 URES에서는 우리 연구가 생명과학 분야 10대 혁신 중 하나로 선정되는 영예를 얻었다”고 밝혔다. 연구팀은 이번 결과에 대해서 여러 건의 특허를 출원한 상태라고 한다. 논문의 또 다른 공저자인 Yohei Doi 교수는 “현재 많은 사람들에게 기존 항생제에 내성을 나타내는 병원 획득 감염에 대한 새로운 치료법이 요구되고 있다. 이들 환자들에게는 특별한 치료 선택권이 없는 상황이다. 이러한 점에서 eCAPs는 쉽게 제조될 수 있으며, 이러한 무시무시한 환경에서도 신속하게 작용한다는 점에서 많은 희망을 제시하고 있다”고 설명했다.

기존 항생제들은 인체에 섭취된 후에 표적 세균의 주요 대사 경로를 차단하거나 독성을 나타내는 형태로 작용한다고 한다. 때문에 아무리 빨라도 몇 시간 만에 효과를 내고 세균을 완전히 치유하기까지는 수일까지 소요된다고 한다. 이와 달리 eCAPs는 표적 세균의 표면에 결합하여 세균의 막을 붕괴시킴으로써 수초에서 수분 만에 사멸시킨다고 한다. 실험실 시험에서 eCAPs는 세균 군집이 항생제로부터 서로 보호하기 위하여 형성시킨 바이오필름에 대해서도 높은 효과를 나타냈다고 하다. eCAPs는 바이오필름의 외부를 투과하여 전체 세균 군집을 파괴시켰다고 한다. Montelaro 박사는 “이것은 마치 풍선을 바늘로 터뜨리는 것처럼 아주 빨리 작용했다. 낭포성 섬유증은 우리의 처음 표적이자 최우선 표적이다. 그 외에도 우리는 화상의 감염이나 카테터와 같은 의료 장비의 감염에 대해서도 효과를 확인해보려고 한다”고 설명했다.

그림 설명: 1. 연구팀이 제조한 eCAPs, 2. eCAPs들의 다중약제 내성 녹농균과 포도상구균에 대한 효과

Journal Reference: B. Deslouches, J. D. Steckbeck, J. K. Craigo, Y. Doi, T. A. Mietzner, R. C. Montelaro. Rational Design of Engineered Cationic Antimicrobial Peptides Consisting Exclusively of Arginine and Tryptophan: WR eCAP Activity against Multidrug-Resistant Pathogens. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2013; DOI: 10.1128/%u200BAAC.02218-12








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