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- 우리 몸, 특히 코, 피부, 장에 양성 박테리아와 병원성 박테리아가 모두 서식
- 의학에는 새로운 항생제가 필요하지만, 그 개발은 수십 년 동안 정체되었다.
- 에피파딘은 코점막에도 영향 미치는 병원균인 황색포도상구균을 죽이는 데 특히 효과적
- 발견한 물질을 순수한 형태로 농축하고 더 자세히 조사할 수 있을 때까지 10년 걸려

우리 코에서 발견된 새로운 항생제
콧물에 있는 박테리아는 항생제 활성 성분인 에피파딘을 생산한다.

새로운 종류의 물질:
연구자들은 코와 피부에 있는 특정 박테리아가 활성 성분인 에피파딘을 생성한다는 사실을 발견했다. 이것은 다른 박테리아를 죽인다. 따라서 이 물질은 항생제로 사용될 수 있으며 이전에 알려지지 않은 종류의 활성 성분을 대표하는 최초의 물질로 여겨진다. 이는 다중내성 세균의 더 나은 치료에 대한 희망을 불러일으킨다. 그러나 에피파딘은 다루기가 어렵다. 

▲ 에피파딘 생산 박테리아 Staphylococcus epidermidis의 주사 전자 현미경 사진. 색상: Elke Neudert/튀빙겐 대학교. © Jeremiah Shuster, 튀빙겐 구조현미경 핵심 시설 / 지질미생물학 실무 그룹 / 튀빙겐 대학교

일반적인 항생제로는 효과가 없는 소위 다제내성 세균이 최근 몇 년간 급속히 확산됐다. 거의 투여되지 않는 예비 항생제조차도 이러한 병원성 박테리아에 대해서는 더 효과가 없다. 따라서 의학에는 새로운 항생제가 필요하지만, 그 개발은 수십 년 동안 정체되었다. "우리는 새로운 활성 성분과 치료 방법이 시급히 필요하다"고 튀빙겐 대학의 수석 저자인 안드레아스 페셀Andreas Peschel은 말했다.

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페셸(Peschel)과 튀빙겐 대학의 수석 저자 벤저민 토레스 살라자르(Benjamin Torres Salazar) 및 동료들이 이러한 새로운 항생제 활성 성분을 찾은 이유는 바로 이 때문이다. 그들은 우리 몸, 특히 코, 피부, 장에 양성 박테리아와 병원성 박테리아가 모두 서식한다는 사실을 이용했다. 이러한 박테리아 중 일부는 경쟁자를 쫓아내기 위해 항생제를 생산한다는 것이 오랫동안 알려져 왔다.

연구자들은 가능한 한 많은 다른 박테리아에 대해 방어 물질을 생성하는 인간 미생물군집의 면봉에서 미생물을 찾았다. 그들은 무엇보다도 이러한 종들을 함께 배양하여 실험실에서 이를 테스트했다.

포도상구균 대 포도상구균

과학자들은 마침내 그들이 찾고 있던 것을 코에서, 더 정확하게는 코 내벽의 점막에서 발견했다. 그곳에서 자연적으로 발생하는 Staphylococcus epidermidis 종의 박테리아 균주는 에피파딘이라는 분자를 생성한다. Torres Salazar와 그의 동료들은 또한 우리 피부에서 유사한 에피파딘 생성 박테리아를 발견했다. 분석 결과에 따르면, 이 박테리아 활성 성분은 다양한 다른 유형의 박테리아의 세포막을 손상시켜 박테리아를 파괴하고 미생물을 죽게 만든다.

그러나 실험에서 에피파딘은 우리 몸의 표피포도상구균과 국지적으로 경쟁하는 박테리아뿐만 아니라 장의 수많은 박테리아와 특정 곰팡이에도 작용했다. 따라서 미생물학자들은 그 표적 스펙트럼이 비정상적으로 넓다고 보고했다. 에피파딘은 종종 코점막에도 영향을 미치는 잠재적인 병원균인 황색포도상구균을 죽이는 데 특히 효과적이었다. 황색포도상구균은 병원균이라고도 알려져 있으며 항생제 내성 형태인 MRSA에서 발생할 때 특히 위험하다.

인간의 코에서 추출한 두 번째 활성 성분

에피파딘의 이러한 항균 효과는 새로운 항생제의 기회를 열어준다. Torres Salazar와 그의 동료들은 “에피파딘은 새로운 항생제 개발을 위한 선도 구조로 사용될 수 있는 이전에 알려지지 않은 새로운 종류의 미생물 살상제를 확립했다”고 말했다. 2016년에 튀빙겐 과학자들은 이미 우리 코의 미생물군집에서 독특한 구조를 가진 이전에 알려지지 않은 항생제 활성 성분, 즉 무해한 비강 박테리아인 포도상구균(Staphylococcus lugdunensis)에 의해 생성되는 소위 루그두닌(lugdunin)을 발견했다.

▲ 분리된 순수한 형태의 활성 성분인 에피파딘(Epifadin). 불안정한 활성 성분은 보호 가스하에 보관해야 한다. © Jonas Ritz / Universität Tübingen

Epifadin은 이제 우리 코의 두 번째 항생제 후보다. 화학적으로 말하면, 이 활성 성분은 펩타이드, 폴리케타이드 성분 및 아미노산 단위로 구성된다. 이 구조는 극도로 불안정하므로 활성 성분은 실험실과 실제 조건에서, 특히 빛과 접촉할 때 몇 시간 동안만 활성화된다. 따라서 연구자들이 자신들이 발견한 물질을 순수한 형태로 농축하고 더 자세히 조사할 수 있을 때까지 10년이 걸렸다.

그러나 이러한 불안정성은 질병 치료에 유리하다고 Salazar와 그의 동료들은 설명한다. 이는 비정상적으로 광범위한 표적 박테리아에도 불구하고 에피파딘이 국소적으로만 작용하며 우리 신체의 다른 부위에 있는 수많은 다른 미생물에 대해서는 작용하지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 팀에 따르면 이전에 일반적으로 사용되던 광범위한 항생제와 같은 부수적 손상은 에피파딘을 사용하면 발생할 가능성이 적다. 따라서 Epifadin은 잠재적으로 국소 항생제로 사용될 수 있다.

항생제 생산자의 예방적 강화?

또한 항생제 생산자를 통해 멸종 위기에 처한 조직에 "백신 접종"을 하는 것도 생각할 수 있다. Torres Salazar와 그의 동료들은 코 점막과 피부의 다른 부위에 있는 표피 포도상구균과 같은 에피파딘 생성 박테리아를 표적으로 삼아 황색포도상구균과 같은 병원균의 성장을 억제할 것을 제안한다. 이는 우리 몸에 이미 존재하는 천연 프로바이오틱스 물질을 사용하여 박테리아 감염을 예방할 수 있다.

활성 성분이 순수한 형태로도 투여될 수 있는지는 유효 기간이 짧기 때문에 여전히 의문의 여지가 있다. 이로 인해 현재 연구자들은 구조로부터 정확한 분자 효과에 대한 결론을 도출하기가 어렵다. 따라서 Torres Salazar와 그의 동료들은 다음으로 에피파딘과 유사한 구조와 유사한 항균 효과를 갖는 인공 분자를 생산하기를 원하며, 이는 더 안정적이고 취급하기 쉽다.
(Nature Microbiology, 2023; doi: 10.1038/s41564-023-01544-2.)
출처: Eberhard Karls Universität Tübingen

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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