The anti-biofilm effects of terrein against Pseudomonas aeruginosa biofilms vary between strains

미시 세계를 박테리아가 시민으로 살아가는 북적이고 혼란스러운 도시라고 상상해 보세요. 때때로 이 시민들은 혼자 떠돌아다니는 것을 멈추고 **바이오필름(biofilm)**이라 불리는 요새화된 이웃을 건설하기로 결심합니다. 바이오필름을 자신들의 노폐물과 분비물로 만든 끈적끈고 미끈한 성이라고 생각해보세요. 이것들은 파이프, 의료 도구, 또는 심지어 폐와 같은 표면에 달라붙습니다. 이 성은 믿기 힘들 정도로 강력합니다. 이는 방패 역할을 하여 일반적인 항생제(감염을 해결하려는 평범한 "경찰")가 내부로 침투하여 제 역할을 수행하는 것을 매우 어렵게 만듭니다.

박테리아가 어떻게 이 성들을 짓기로 결정하는지 이해하기 위해, 과학자들은 두 가지 주요 요소를 살펴봅니다. 첫째, **쿼럼 센싱(Quorum Sensing)**은 박테리아의 단체 채팅방과 같습니다. 박테리아는 화학적 메시지를 방출하여 주변에 얼마나 많은 수가 모였는지 숫자를 셉니다. 충분히 모였다고 판단되면, 그들은 모두 "방랑 모드"에서 "성 건설 모드"로 전환하기로 합의합니다. 둘째, 각 세포 내부에는 c-di-GMP라는 아주 작은 내부 분자가 있는데, 이는 마스터 스위치 역할을 합니다. 이 스위치가 "위"로 올려지면, 박테리아는 성을 짓는 데 필요한 끈적한 풀을 생산하기 시작합니다. 현재 과학계의 큰 질문은, 박테리아를 실제로 죽이지 않으면서(죽이면 그들이 싸우기 위해 진화할 수 있으므로) 이 통신 시스템을 해킹하거나 그 스위치를 조절하여 그들의 요새 건설을 막을 수 있는가 하는 점입니다.

이곳에 **테레인(terrein)**이 등장합니다. 곰팡이(일종의 곰팡이류)에서 생성되는 이 화학 물질은 "바이오필름 해커"로서 잠재력이 있다고 목격되었습니다. 이전 연구들은 테레인이 박테리아의 단체 채팅을 방해하고 내부 스위치를 건드림으로써, 악명 높고 강력한 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa(슈도모나스 에루기노사)의 바이오필름 형성을 막는 영웅이라고 시사했습니다. 하지만 여기 반전이 있습니다. 야스히코 이리에(Yasuhiko Irie)와 엘라 알소(Ella Alsö)의 이번 새로운 연구는 이야기가 그렇게 단순하지 않다는 것을 보여줍니다. 그들은 테레인이 보편적인 영웅이 아니라, 누구에게 묻느냐에 따라 색이 변하는 무드 링(mood ring)과 같다는 것을 발견했습니다.

연구진은 유명한 실험실 선호 균주인 PAO1과 PA14를 포함하여 야생 및 환자들에게서 발견된 여러 균주를 대상으로 테레인을 테스트했습니다. 그들은 박테리아가 성장하기 시작하는 시점(초기 단계)이나 바이오필름이 이미 어느 정도 형성된 시점(성숙 단계) 중 서로 다른 시점에 100 µM의 테레인을 처리했습니다.

결과는 롤러코스터 같았습니다. PA14 균주에 초기 단계에 테레인을 추가했을 때, 그것은 기대했던 대로 정확히 작동했습니다: 바이오필름 형성이 현저히 감소했습니다. 마치 해커가 성공적으로 단체 채팅을 방해하여 박테리아가 성을 아예 짓기 시작조차 못하게 만든 것과 같았습니다. 그러나 PAO1 균주에 똑같은 처리를 했을 때, 기이한 일이 벌어졌습니다. 바이오필름이 줄어들기는커녕 오히려 더 커졌습니다. 테레인이 실수로 PAO1이 훨씬 더 강력한 요새를 구축하도록 부추긴 것처럼 보였습니다.

연구팀은 왜 이런 일이 일어나는지 알아내기 위해 더 깊이 파고들었습니다. 그들은 PA14가 성을 짓기 위해 PEL이라는 특정 유형의 끈적한 풀에 의존하는 반면, PAO1은 PEL과 PSL이라는 또 다른 유형의 혼합물을 사용한다는 것을 알고 있었습니다. 그들은 테레인이 이러한 특정 풀들을 건드리는 것인지 확인하기 위해, PEL, PSL, 또는 둘 다를 만드는 유전자가 결여된 변이형 PAO1을 사용했습니다. 놀랍게도, 이러한 풀들이 없는 상태에서도 테레인은 일부 경우에 바이오필름을 증가시켰으며, 이는 테-레인이 박테리아의 복잡한 제어 시스템 중 전혀 다른 부분을 영향을 미치고 있음을 시사했습니다.

다른 환경과 병원에서 온 다른 균주들로 테스트를 확장했을 때, 이야기는 더욱 복잡해졌습니다. 어떤 균주는 PA14처럼 행동했고(바이오필름이 작아짐), 어떤 균주는 PAO1처럼 행동했으며(바이오필름이 커짐), 어떤 균주는 전혀 상관하지 않았습니다. 이 연구는 테레인의 효과가 각 박테리아 균주의 특정 유전적 배선에 크게 의존한다는 것을 시사합니다.

결정적으로, 연구진은 테레인이 실험의 아주 처음부터 존재할 때만 작동(또는 실패)한다는 것을 발견했습니다. 만약 9시간 실험 중 6시간이 지났거나 24시간 실험 중 18시간이 지나 바이오필름이 이미 자라난 후에 테레인을 추가했다면, 그것은 유의미한 영향을 미치지 못했습니다. 이는 테레인이 "철거" 도구가 아니라 "예방" 도구임을 말해줍니다. 그것은 완성된 성을 부술 수는 없으며, 오만히 건설팀이 시작하는 것을 막을 수 있을 뿐입니다. 물론, 그 건설팀이 적절한 종류일 때만 가능합니다.

결론적으로, 이 논문은 우리에게 모든 박테리아 바이오필름을 쓸어버릴 마법의 탄환을 제공하지 않습니다. 대신, 테레인이 양날의 검임을 시사합니다. 특정 P. aeruginosa 균주에게는 훌륭한 항-바이오필름 제제가 될 수 있지만, 다른 균주들에게는 문제를 오히려 악화시킬 수도 있습니다. 저자들은 우리가 어떤 화합물이 모든 박테리아에 동일하게 작용할 것이라고 가정해서는 안 되며, 그것이 친구인지 적군인지 확인하기 위해 반드시 다양한 균주를 테스트해야 한다고 결론지었습니다. 이는 미시 세계에서는 하나의 크기가 모두에게 맞지 않는다는 점을 상기시켜 줍니다.