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* 항생제도 단단한 점액기질 속 박테리아 공격 불가능
* 생물막의 박테리아는 신진대사 느려 빨리 자라지 않아,항생제 독을 천천히 적은 양으로 흡수
* Persister 세포는 휴면 상태로 전환, 더 분열하지 않아 불리한 조건에서 항균 내성 갖춰
* 자외선, 염소 또는 표백석회와 같은 일반적인 제어 방법은 일반적으로 효과 없어

완고한 생물막, 항생제, 방사선 및 소독에 면역

일단 인체가 생물막 생성 병원체에 감염되면 면역 체계는 이에 대해 일반적으로 무력하다.
항생제조차도 단단한 점액 기질 내에서 안정한 박테리아 군체를 거의 공격할 수 없다. 

▲ 면역 체계도 항생제도 생물막에서 미생물을 죽일 가능성이 크지 않다.

함께 저항
이유는 생물막의 박테리아는 개별 미생물보다 항생제에 대한 내성이 최대 1000배 더 높다. 어떤 물질도 슬라임 층을 통과할 수 없기 때문이다. 결과적으로, 예를 들어 페니실린은 생물막에 효과가 없다. 생물막 세포는 확산에 의해 보충되는 것보다 더 빨리 항생제를 분해하는 소위 베타-락타마제를 분비해 생물막의 더 깊은 영역이 영향을 받지 않은 상태로 유지된다.

또한, 낮은 pH 값과 같이 매트릭스 내부에 많은 항생제를 비활성화시키는 조건이 있다.
생물막 거주자는 생활 방식 덕분에 스스로를 보호한다. 생물막의 박테리아는 일반적으로 신진대사가 느려서 빨리 자라지 않는다.

결과적으로 그들은 항생제 독을 천천히 그리고 적은 양으로 흡수한다.
생물막에 내장된 미생물은 자유롭게 헤엄치는 친척에 비해 항생제 내성 유전자를 보유할 가능성이 더 높다. 미생물 사이에 유전 물질을 더 쉽게 교환할 수 있기 때문이다.

불멸의 식민지

치료 공격이 성공하여 생물막에 있는 박테리아 군체의 많은 부분을 죽인다 하더라도, 살아남은 미생물은 24시간 이내에 생물막을 재건할 수 있다. 이것은 항생제 내성 유전자에 의해 보호되지 않고 다른 비유전적 보호 메커니즘에 의해 보호되는 고립된 소위 ‘Persister세포'가 종종 생존하기 때문이다.

그들의 전략:

Persister 세포는 휴면 상태로 전환하고 더 분열하지 않음으로써 불리한 조건에서 항균 내성이 된다. 약물치료가 종료된 경우에만 다시 활성화된다. 그런 다음 그들은 증식하여 새로운 생물막을 형성할 수 있다. 지속성 세포는 자유롭게 헤엄치는 박테리아에서도 발견되지만 그곳에서는 천 배나 더 희귀하므로 항생제와 싸우기가 더 쉽다.

인간에 의해 강화

생물막이 항생제에 내성이 있다는 사실은 인간에 의해 더욱 보강됐다.
레스터 대학의 쉐인 후세이(Shane Hussey)와 과학자들이 폐렴을 일으키는 박테리아 병원체를 사용한다는 사실을 발견했기 때문이다.

이에 따르면 인공 미세먼지, 특히 공기 중의 그을음은 호흡기의 병원성 박테리아를 선호해 더 두꺼운 생물막을 형성할 수 있다. 이들은 항생제에 훨씬 더 내성이 있다.

"결과적으로 연쇄상구균은 이 병원체에 대한 가장 중요한 항생제 중 하나인 페니실린 G에 대한 내성이 크게 증가한 것으로 나타났다"고 연구자들은 보고했다. 또한 대기 오염으로 인해 폐렴 병원체가 코에서 폐로 더 쉽게 이동할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 

▲ 세균 세포와 세포외 고분자 물질의 공간적으로 이질적인 배열을 자세히 보여주는 혼합 배양 생물막의 주사 전자 현미경 이미지.CC-BY 4.0. Author : Krzysztof A. Zacharski

방사선 및 소독에 면역

완고한 생물막의 의학적 문제는 항생제 사용을 넘어서는 것이다.
생물막의 거주자는 UV 및 X선뿐만 아니라 소독제로부터 크게 보호된다. 또한, 슬라임 매트릭스는 이미 방사성 방사선원에서 검출되었다. 결과적으로 병원 및 의료 행위의 표면 및 의료 기기는 충분히 청소할 수 없다.

또한, 바이오필름은 의료 분야 외의 중요한 영역에서도 문제가 되고 있다.
스웨덴 Lund 대학의 Catherine Paul과 동료들은 우리의 수도관에 전 세계의 유기체가 존재한다는 것을 보여주었다. 이전에 감지되지 않은 이러한 박테리아 생물막은 일반적으로 식수를 깨끗하게 유지하는 데 도움이 된다. 교란된 수질은 이 미생물 군집을 크게 변화시킬 수 있다. 검사한 물에 철분이 많이 함유되어 녹에 의해 변색된 수도관의 경우, 파이프 생물막의 종 조성이 크게 달랐다.

생물막은 재료를 "먹을" 수 있다.
미생물학적으로 유도된 이러한 부식은 예를 들어 냉각 회로, 수처리 및 상수도 시스템뿐만 아니라 발전소 또는 컴퓨터에서도 발생한다. 반면에 자외선, 염소 또는 표백석회와 같은 일반적인 제어 방법은 일반적으로 효과적이지 않다.

생물막은 식품 산업에서도 해로운 역할

오스트리아 사료 및 식품 품질, 안전 및 혁신 역량 센터(FFoQSI)의 에바 바그너(Eva Wagner)가 이끄는 연구에 따르면 모든 소독에도 불구하고 박테리아는 육류의 거의 모든 곳에서 번성한다.
가공 공장. 일반적인 미생물 외에도 팀은 10개의 완고한 생물막 핫스팟을 발견했다. 

이 생물막 중 5개는 고기와 직접 접촉하는 절단기 및 기타 장치에 정착했지만 물 호스 내부도 오염됐다. (계속)

[더사이언스플러스]

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