우리는 세균과 진화론적 군비 확장 경쟁을 치르는 중이다. 인간은 항생제를 개발하고, 세균은 내성을 높인다. 현재 새로운 항생제가 시장에 출시되는 속도는 박테리아가 기존 항생제에 내성을 획득하는 속도보다 느리다. 항생제의 위기로 알려져 있으며, 최근 들어 빠르게 시장에 출시할 수 있는 새로운 항생제 추출원을 찾으려는 노력에 자극을 주고 있다.

이러한 관점에서, 과학자들은 새로운 연구에서 항생제를 만들어내는 미생물을 찾기 위해 토양을 탐색하기 시작했다. 기존 항생제를 대체할 천연 물질이 발견되었고, F6을 활용한 내성 없는 새로운 항생제가 개발되고 있다.

새로운 항생제 개발을 위해 토양 조사

질병관리예방본부의 설명에 의하면, 미국에서 매년 최소 2백만 명이 항생제에 내성을 가진 세균에 감염되며 2만3,000명 이상이 이러한 감염으로 인해 사망한다.

고세균, 진균, 진핵세균 등의 세균들은 항상 서로 군비 경쟁을 치르고 있다. 지속적으로 서로에 대한 방어와 공격 수단을 개발해야만 한다. 항생제 내성으로 이어지지만, 진화는 새로운 효율적인 항생제의 출현을 장려하기도 한다. 이러한 장점이 있는 생물은 주변 자원에 대한 완전한 권한을 가질 수 있기 때문이다.

버클리 캘리포니아 대학교의 질리언 F. 밴필드와 그의 동료들로 구성된 한 연구진은 캘리포니아 북부 목초지에서 채집한 60가지의 토양 표본에 대해 대규모 범유전학적 탐사를 수행했다. 연구 결과를 네이처 저널에 출판했으며, 세균과 고세균류 약 1,000 가지의 서로 다른 미생물 유전자를 설명했다.

"기존의 항생제를 계속 사용할 경우 내성균, 슈퍼박테리아가 발생해 위협이 될 것"

전체 미생물 중 360종은 복잡한 분자를 생산 가능한 합성 경로를 가진 새롭게 확인된 미생물로 드러났다. 상당수는 이미 알려진 항생제와 유사한 구조를 가지고 있었다. 아시도박테리아가 가장 흔한 세균 문(phylum)으로 밝혀졌으며, 항생제와 비슷한 대형 분자 설계도 15가지를 담고 있는 두 종의 완전히 새로운 아시도박테리아 유전자가 발견되었다.

유전자 세트를 분석한 결과, 미생물의 3분의 1 정도에서 두 가지 유형의 항생제를 생산할 수 있는 유전자 1,000가지 이상이 발견되었다. 이를 입증하기 위해 암호화된 항생제에 대한 내성 유전자가 미생물 내에 동시에 존재하는지를 확인했다. 내성 유전자 없이는 미생물 자신도 스스로 생산하는 항생제의 영향을 받을 것이고, 이는 분명 비생산적이기 때문이다.

연구진은 유전자에 새겨진 화학 물질을 실제로 제조하기 위해 다른 팀과 협력 관계를 구축했다. 그러나 이는 미래의 연구가 될 것으로 보인다. 20가지 물질을 생산해 이 물질들이 미생물 억제 또는 다른 기능을 가지고 있는지 살펴볼 계획이다.

천연 제품, 기존의 항생제 대체

플로리다 스크립스 연구소 천연 제품 자료실 구상의 벤 셴과 그의 동료들이 주도한 새로운 연구 결과에 의하면, 이들은 세균에서 인간이 제조한 두 가지 항생제의 새로운 천연 버전을 발견했다. 그들은 연구 결과를 네이처 커뮤니케이션스 저널에 출판했다. 플라텐시마이신과 플라텐신은 항생제 후보로 철저한 조사가 이루어진 카르복시산이다. 연구진은 이와 매우 유사한 천연 물질을 티오카르복시산이라 불리는 세균에서 발견했다. 다행히도 그들은 이 천연 물질이 실제로 인공 항생제보다 목표를 잘 결박할 수 있음을 밝혀냈다. 많은 세균들이 티오카르복시산을 생산하는 데 필요한 유전자를 가지고 있으며, 이 물질은 충분한 개발을 통해 절실히 필요한 항생제로 탄생할 수 있다.

내성 없는 새로운 항생제

퍼듀대학교 신약개발연구소 화학부의 헤르만 O. 신팀과 그의 동료들로 구성된 연구진은 병원 및 기타 보건 시설에서 흔히 찾아볼 수 있는 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)과 반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)에 효과적인 F6이라는 이름의 새로운 분자를 찾아냈다. 반코마이신은 흔히 내성 감염에 유효한 마지막 약품으로 알려져 있기 때문에 다른 선택지가 없을 경우에만 사용된다.

기존의 항생제와 달리, 헤르만 팀이 F6을 실험실에서 시험해 본 결과 내성이 발생하지 않아 새로운 항생제가 될 것으로 보인다.

연구 결과는 유럽의료화학 저널에 출판되었다. F6은 그람 음성 세균, MRSA, VRSA, 인간의 장에 사는 장구균, 반코마이신 내성 장구균, 그리고 리스테리아균에 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 연구진은 현재 퍼듀기술상용화 사무실과 협력해 상품화할 목적으로 활발하게 산업 파트너를 물색하고 있다.

영국 웨일스에 위치한 새로운 항미생물 약품 개발 회사인 니임 바이오테크는 영국 낭포성 섬유증 위탁 사업체로부터 낭포성 섬유증 연구 프로그램 확장을 위한 벤처&이노베이션 상을 받았다. 그들은 녹농균이나 황색포도상구균과 같은 세균이 폐에서 만들어내는 생체 필름을 억제하는 접근법을 통해 특히 낭포성 섬유증 환자들을 대상으로 한 항생제의 효율성을 향상하는 연구를 수행하고 있다.

[researchpaper 리서치페이퍼=김성은 기자]