In Vitro Antimicrobial, Antibiofilm and Hemolytic Activity of Nisin Against Staphylococcus aureus Isolates from Bovine Mastitis: a Brief Report

낙농업의 세계에서 암소의 유방 건강은 우유 생산의 기초입니다. 박테리아가 이 민감한 조직을 침범하면 유선염이라고 알려진 고통스럽고 비용이 많이 드는 질환을 유발합니다. 이러한 감염을 일으킬 수 있는 많은 박테리아 중에서도 *스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)*는 특히 끈질긴 적입니다. 이 미생물은 두 가지 이유로 악명이 높습니다. 하나는 흔히 쓰이는 많은 약제에 내성을 갖도록 진화했다는 것이고, 다른 하나는 자신을 보호하는 방패인 바이오필름(biofilm)이라는 막을 형성한다는 것입니다. 이 바이오필름은 요새처럼 작용하여 박테리아가 치료제로부터 숨을 수 있게 하며, 박테리아가 소의 몸속에 지속적으로 머물게 하여 종종 만성 질환과 우유 품질 저하를 초래합니다. 수십 년 동안 농부들은 이러한 감염과 싸우기 위해 항생제에 의존해 왔지만, 내성의 물결이 높아지면서 이 약물들의 효과가 떨어지고 있으며, 이는 가축의 건강과 낙농 산업 모두를 보호하기 위한 새로운 방법의 절실한 필요성을 만들어내고 있습니다.

과학자들은 이제 자연에서 해결책을 찾고 있으며, 특히 니신(nisin)이라는 물질에 주목하고 있습니다. 니신은 특정 박테리아가 생성하는 작은 아미노산 사슬인 천연 펩타이드로, 다른 박테리아에 대항하는 무기로 작용합니다. 니신은 오랫동안 식품 사용에 안전한 것으로 알려져 왔지만, 연구자들은 이것이 유전병을 앓는 젖소들을 괴롭히는 특정 S. aureus 균주에 대해서도 강력한 도구가 될 수 있을지 알고 싶어 했습니다. 브라질의 한 연구팀은 이 아이디어를 실험실 환경에서 테스트하기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 유선염을 앓고 있는 소들에게서 채취한 25가지의 서로 다른 박테리아 샘플을 모아, 니신이 이들의 성장을 멈추고 그들의 보호막인 바이오필름을 분해할 수 있는지, 그리고 소의 혈구 세포를 해치지 않고 수행할 수 있는지를 확인하고자 했습니다.

연구진은 먼저 이 박테리아 샘플들이 표준 항생제에 얼마나 저항력을 가지고 있는지 확인했습니다. 결과는 우려스러운 경향을 확인시켜 주었습니다: 박테리아들은 그들을 치료하는 데 사용되는 가장 흔한 계열의 약물인 베타락탐(beta-lactams)에 매우 강한 내성을 보였습니다. 어떤 샘플도 페니실린, 암피실린 또는 옥사실린에 반응하지 않았습니다. 그러나 박테리아는 젠타마이신이나 특정 플루오로퀴놀론과 같은 다른 유형의 항생제에는 여전히 취약했습니다. 이는 일부 전통적인 약물들이 여전히 효과가 있기는 하지만, 박테리아가 통상적인 선택지들에 대해 점점 더 치료하기 어려워지고 있음을 확인시켜 주었으며, 이는 대안적인 접근 방식의 필요성을 강조했습니다.

다음으로, 팀은 이 저항성 박테리아에 대한 니신의 위력을 테스트했습니다. 그들은 니신이 테스트한 모든 샘플의 성장을 멈추는 데 효과적이라는 것을 발견했습니다. 이를 측정하기 위해, 그들은 박테리아의 증식을 억제하는 데 필요한 가장 낮은 양인 최소 억제 농도(minimum inhibitory concentration)를 결정했습니다. 대부분의 박테리아에 대해 이 양은 상당히 낮았는데, 이는 적은 양으로도 박테리아의 증식을 멈출 수 있음을 의미합니다. 더욱 중요한 것은, 니신이 단순히 박테리아의 성장을 멈추는 데 그치지 않고 실제로 박테리아를 죽였다는 점입니다. 실험실에서 박테리아를 죽이는 데 필요한 니신의 양은 성장을 멈추는 데 필요한 양보다 약간 높은 수준이었으며, 이는 이 물질이 이러한 특정 세균들을 죽이는 강력한 살균제임을 나타냅니다.

연구는 박테리아의 보호막이자 이러한 감염을 치료하기 어렵게 만드는 바이오필름에 초점을 맞추었습니다. 연구진은 박테3의 80%가 이러한 바이오필름을 형성할 수 있으며, 일부는 이를 매우 강력하게 생성한다는 것을 발견했습니다. 바이오필름이 형성되기 전에 혼합물에 니신을 첨가했을 때, 이 물질은 박테리아가 생성하는 끈적한 물질(slime)의 양을 극적으로 감소시켰습니다. 이는 요새가 처음부터 구축되는 것을 방지하는 데 매우 효과적이었습니다. 이미 형성된 바이오필름을 파괴하기 위해 니신을 사용했을 때, 결과는 더 완만했습니다. 이 물질은 기존 구조의 일부를 부분적으로 분해할 수는 있었지만, 완전히 없애지는 못했습니다. 이는 니신이 예방 조치나 초기 개입으로서, 즉 박테리아가 방어벽을 쌓기 전에 차단하는 용도로 사용하는 것이 가장 좋다는 것을 시사합니다.

마지막으로, 연구진은 이 새로운 치료법이 소 자체에게 해를 끼치지 않는지 확인해야 했습니다. 그들은 니신이 적혈구를 손상시키는지, 즉 용혈 현상(hemolysis)을 일으켜 독성을 나타내는지 테스트했습니다. 결과는 니신이 혈구 세포에 손상을 주지 않는 농도에서 안전하다는 것을 보여주었습니다. S. aureus를 죽이는 데 필요한 수준에서, 이 물질은 혈구 세포에 거의 손상을 입히지 않았습니다. 농도가 현저히 높아졌을 때에야 비로소 혈구 세포가 파괴되기 시작했습니다. 이는 약물이 동물을 해치지 않으면서 감염과 싸울 수 있는 안전한 범위를 만들어 줍니다.

이 연구의 결과는 니신이 젖소의 유선염 관리를 위한 새로운 도구로서 상당한 가능성을 지니고 있음을 시사합니다. 니신은 전통적인 항생제에 내성이 생긴 박테리아와 싸울 수 있는 방법이며, 만성 감염을 만드는 보호성 바이오필름의 형성을 방지할 수 있습니다. 비록 이미 완전히 형성된 바이오필름을 완전히 녹여낼 수는 없을지라도, 감염 초기 단계에서 박테리아를 죽이고 방어벽 구축을 막는 능력은 니신을 미래 치료제의 강력한 후보로 만듭니다. 안전하고 효과적인 대안을 제공함으로써, 니신은 농부들이 이 광범위한 질병을 통제하도록 도와 동물의 복지를 보호하고 우유 생산의 품질을 보장할 수 있을 것입니다.