한국 연구팀, 인류 10 대 적 중 하나 인 ‘슈퍼 박테리아’근절의 길을 열다

성균관대 김경규 교수 팀, 항생제 내성 황색 포도상 구균만을 선별 해 활성 산소 폭탄을 폭발시키는 나노 로봇 개발
단백질 표적화는 기존 항생제와 근본적으로 다릅니다 … 전기 신호를 보내면 세포막이 파괴되어 저항이 발생합니다.

▲ 슈퍼 박테리아

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[아시아경제 김봉수 기자] 강력한 항생제로도 죽지 않는 슈퍼 박테리아만을 선별 해 활성 산소 폭탄을 폭발 제거하는 나노 로봇을 개발했다. 인간 생존을 위협하는 10 대 요인 중 하나로 꼽히는 슈퍼 박테리아 퇴치 기회가 될지 주목할 만하다.

▲ 코로나 19 대유행의 더 큰 위협 ‘슈퍼 박테리아’

항생제 내성 슈퍼 박테리아 (항생제 내성 박테리아)의 출현은 오늘날 인류가 직면 한 가장 심각한 건강 문제 중 하나입니다. 항생제 내성이 생기면 각종 세균에 의한 질병뿐 아니라 병원 수술 중 발생하는 단순 감염도 생명을 위협하는 질병이됩니다. 영국 의회 보고서 (O’Neill Report)에 따르면 내성 박테리아로 인한 사망자 수는 2050 년까지 매년 1,000 만 명에이를 것으로 예상됩니다. 스웨덴 GCF 2018 보고서는 항생제 내성 박테리아를 인간 생존을 위협하는 10 가지 위험 요소로 꼽았습니다.

특히 코로나 19 감염 치료 과정에서 항생제 내성이 급격히 높아질 수 있다는보고 (세계 보건기구 · WHO)가있어 대책 마련이 시급하다. 이는 COVID-19 치료 과정에서 폐 감염 치료를위한 항생제 치료를 병행하면 새로운 내성균이 쉽게 발생하는 환경이 조성되기 때문이다. 항생제 내성은 박테리아가 항생제에 의해 눌려 질 때 돌연변이 또는 다른 유전자 수준의 내성을 가진 개체가 거의 생존하지 못하고 개체 수가 세대에 걸쳐 증폭되어 결국 항생제 내성 박테리아로 발전하는 자연 현상입니다. 박테리아를 죽이는 항생제는 필연적으로 저항성을 유발합니다. 이에 항생제 내성을 극복 할 수있는 다양한 신약이 연구되고 있으나 아직 실용화되지 못하고있다.

항생제 나노 로봇의 작동 원리에 대한 개략도.

항생제 나노 로봇의 작동 원리에 대한 개략도.

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▲ 나노 로봇으로 활성 산소 폭탄 투하

국내 연구자들이 개발 한 항생제 내성 세균 치료제는 기존의 새로운 항생제 개발과는 다릅니다. 한국 연구 재단 (NRF)에 따르면 성균관대 학교 의과 대학 김경규 교수 연구팀과 성균관대 학교 재료 공학과, 성균관대 학교 연구팀과 함께 서울 대학교 식품 공학과 유렬 교수는 연구팀과 함께 황색 포도상 구균만을 선별하고 외부에서 전기 신호를 보내 다량의 자유 라디칼을 생성하여 세포막을 파괴한다. 유해 세균을 제거하는 20nm 크기의 나노 로봇을 개발했다고 13 일 밝혔다.

연구팀은 동물 세포에 달라 붙지 않고 박테리아에만 달라 붙어 원할 때 자유 라디칼을 생성하는 나노 로봇을 만들었다. 박테리오파지가 세균에 기생 할 때 필요한 도킹 단백질 (엔도 리신)을 찾아서 산화철 나노 입자에 코팅하는 방법이었다. 또한 내성 황색 포도상 구균에 감염된 생쥐 모델에 나노 로봇을 주입 한 후 전파를 통해 전기적 신호를 가해 활성 산소 폭탄에 맞은 내성균의 세포막이 빠르게 파괴되는 것을 확인했다. 죽었고 염증이 사라졌습니다.

나노 로봇을 이용하여 내성균을 박멸하는이 방법은 새로운 항생제 개발과는 크게 다릅니다. 기존 항생제는 각 세균이 보유하고있는 단백질을 표적으로 삼아 단백질에 돌연변이가있는 세균은 죽일 수 없어 필연적으로 내성 세균이 생깁니다. 반면, 자유 라디칼에 의한 세포막 손상은 단순한 유전자 돌연변이로는 극복 할 수 없기 때문에 내성균 발생 가능성이 매우 낮습니다. 또한 전기 자극은 피부 미용에 사용되는 에너지가 적기 때문에 인체에 해를 끼치 지 않습니다. 그러나 나노 로봇이 실용화되기 위해서는 생체 적합성 소재의 최적화와 구동 방식을 통한 안전성 입증이 필요하다.

김경규 성균관대 학교 의과 대학 교수

김경규 성균관대 학교 의과 대학 교수

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김경규 교수는 “내성균 제거를위한 새로운 전략을 제시하기 위해 항생제 내성 극복을위한 중요한 전환점을 마련했다”고 말했다. 우리는 감염을 치료할 수 있기를 기대합니다.”라고 그는 말했습니다. 이 연구의 결과는 나노 의학 분야의 국제 학술지 ‘Small’온라인 판에 게재됐다.

김봉수 기자 [email protected]




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