Combating antimicrobial resistance with lipopeptide biosurfactant produced by newly isolated Bacillus stercosis NT5 and Bacillus subtilis NT5
본 연구는 새롭게 확인된 *Bacillus stercosis* NT5 및 *Bacillus subtilis* NT5 균주로부터 분리된 신규 리포펩타이드 생체계면활성제(LPA2 및 LPA3)가 이들의 세포막을 파괴함으로써 항생제 내성균인 *Staphylococcus aureus*와 *Pseudomonas aeruginosa*를 효과적으로 퇴치하며, 기존 항생제와는 다른 유망한 대안적 기전을 제공한다는 것을 입증한다.
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수십 년 동안 세상은 한때 수백만 명을 죽였던 감염을 치료하기 위해 항생제라고 불리는 강력한 약물 무기에 의존해 왔습니다. 이 약물들은 박테리아의 유전 코드를 복제하거나 단백질을 만드는 방식과 같이 박테리아 기계 장치의 특정 부분을 표적으로 삼아 작동했습니다. 하지만 박테리아는 끈질긴 생존자입니다. 시간이 흐르면서 그들은 이러한 공격을 피하기 위해 자신의 내부 구조를 변화시키는 법을 배웠고, 이는 기존의 약물들을 쓸모없게 만들었습니다. 항생제 내성이라고 알려진 이 커지는 문제는 의사들에게 위험한 감염, 특히 표준적인 치료법을 빠져나갈 수 있는 까다로운 박테리아 집단과 싸울 수 있는 더 적은 도구만을 남겨주었습니다. 새로운 해결책을 향한 탐색은 자연 그 자체, 구체적으로는 바이오계면활성제(biosurfactants)라고 불리는 물질군으로 향했습니다. 내부 과정을 표적으로 삼는 전통적인 항생제와 달리, 이 천연 화합물들은 세제처럼 작용하여 박테리아의 외각을 공격합니다. 외각은 세포 구조의 근본적인 부분이기 때문에, 박테리아가 이를 변화시켜 공격을 피하기란 훨씬 더 어렵습니다.
최근 연구에서 인도 알라하바드에 위치한 모틸랄 네루 국립 기술 연구소(Motilal Nehru National Institute of Technology)의 연구진은 최근 환경에서 분리한 두 가지 특정 유형의 박테리아를 사용하여 이 자연적 방어 기제를 탐구했습니다. Bacillus stercosis와 Bacillus subtilis로 식별된 이 박테리아들은 자신들만의 독특한 세정제를 생성한다는 것이 밝혀졌으며, 과학자들은 이를 LPA2와 LPA3라고 명명했습니다. 연구팀은 이 새로운 제제들이 Staphylococcus aureus와 Pseudomonas aeruginosa를 포함한 가장 완고한 질병 유발 박테리아들의 보호벽을 무너뜨릴 수 있는지 확인하고자 했습니다. 이를 테스트하기 위해, 그들은 통제된 환경에서 박테리아를 배양하고 새로운 제제를 투입하며 유해한 박테리아가 죽는지 면밀히 관찰했습니다. 그들은 명확한 그림을 얻기 위해 여러 가지 다른 방법을 사용했습니다. 한 방법은 액체가 얼마나 탁해지는지를 측정했고, 다른 하나는 특수 형광 염료를 사용하여 죽은 세포만을 셌으며, 세 번째는 플레이트 위에서 박테리아를 배양하여 생존자를 세는 방식이었습니다. 또한 그들은 투여 전후의 박테리아 물리적 구조에 정확히 어떤 일이 일어났는지 보기 위해 고해상도 이미지를 촬영할 수 있는 강력한 현미경을 사용했습니다.
결과는 이 새로운 제제들이 매우 효과적이었지만, 특정 유형의 박테리아에 대해 가장 잘 작동한다는 것을 보여주었습니다. Bacillus stercosis로부터 유래한 제제인 LPA2는 흔한 피부 및 혈액 감염의 원인인 Staphylococcus aureus에 대해 강력한 무기임이 입증되었습니다. 이 제제로 처리했을 때, 박테리아의 외막이 손상되어 세포가 터지고 사멸했습니다. 연구진은 박테리아의 성장을 멈추는 데 매우 적은 양의 물질만으로도 충분하다는 것을 발견했으며, 가장 효과적인 농도는 밀리리터당 0.647 밀리그램이었습니다. 마찬가지로, Bacillus subtilis에서 유래한 LPA3라는 이름의 제제는 병원에서 심각한 감염을 일으키는 것으로 알려진 Pseudomonas aeruginosa에 대해 놀라운 강도를 보여주었습니다. 이 제제는 표적에 대해 훨씬 더 강력하여, 박테리아의 성장을 효과적으로 저지하는 데 밀리리터당 0.323 밀리그램만을 필요로 했습니다. 두 경우 모두, 현미경 이미지는 박테리아가 단순히 약해진 것이 아니라 물리적으로 찢겨 나갔으며, 보호막이 무너지고 내부가 쏟아져 나왔음을 확인해주었습니다.
이 발견이 특히 중요한 이유는 이 제제들이 사람들이 익숙한 항생제와 어떻게 다른가에 있습니다. 전통적인 약물은 종종 박테리아의 내부 기능을 막으려 하며, 이는 박테리아가 결국 이에 저항하도록 진화하게 만듭니다. 대조적으로, 이 새로운 바이오계면활성제들은 용매처럼 작용하여 박테리아를 살아가게 하는 바로 그 장벽을 녹여버립니다. 외막은 기본적인 구조적 필수 요소이기 때문에, 박테리아는 공격을 피하기 위해 이를 쉽게 바꿀 수 없습니다. 연구는 또한 이 제제들이 표적 박테리아에는 매우 효과적이었던 반면, Paenibacillus thiaminolyticus라고 불리는 다른 유형의 박테리아에는 잘 작동하지 않았다는 점을 언급했는데, 이는 이 천연 세정제들이 공격 대상을 선택적으로 골라낸다는 것을 시사합니다. 연구진은 자신들의 결과를 이전 연구들과 비교했을 때, 그들의 새로운 제제가 알려진 다른 천연 세정제들보다 훨씬 낮은 농도에서 작동했다는 것을 발견했으며, 이는 잠재적으로 더 효율적임을 의미합니다.
연구는 결론적으로, 이 새롭게 발견된 물질들이 약제 내성 감염과의 싸움에서 유망한 길을 제시한다고 밝힙니다. 특정 박테리아가 생성하는 막 파괴 제제를 이용함으로써, 과학자들은 오래된 약물들을 실패하게 만든 저항성을 우회할 수 있는 새로운 방법을 찾아냈을지도 모릅니다. 파괴된 박테리아의 이미지는 이 제제들이 휘두르는 물리적 힘을 극명하게 보여주는 상기물 역할을 합니다. 이 발견을 임상에 적용하기 위해서는 더 많은 작업이 필요하지만, 이 연구는 자연이 여전히 우리가 활용할 수 있는 강력한 도구를 보유하고 있다는 것을 입증합니다. LPA2와 LPA3가 세계에서 가장 위험한 박테리아 중 일부의 방어 체계를 물리적으로 해체할 수 있다는 능력은, 차세대 의약품이 화학적 열쇠보다는 자연적인 용해의 힘의 형태를 띨 수도 있음을 시사합니다.
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