중증 세균 감염증은 전세계의 보건 시스템을 위협하고 있다. 미국에서도 약물 저항성 세균의 발생이 심한 것으로 보고되고 있다.

 

특히 약물 저항성 포도상구균(Staphylococcus aureus) 감염에 의한 사망자의 숫자가 AIDS 사망자보다 많은 것으로 보고되고 있다.

 

이러한 상황임에도 불구하고 1970년부터 2000년까지는 포도상구균을 표적으로 삼는 새로운 항생제가 시장에 출시되지 않았다고 한다. 이번에 덴마크 코펜하겐 대학의 연구팀이 약물 저항성 포도상구균 퇴치에 기대되는 해양 세균에 기반한 새로운 항균물질의 연구결과를 ‘PLOS ONE’ 최신호에 발표했다.

이번 결과는 이들 약물 저항성 포도상구균에 대한 새로운 항생제 개발에 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 코펜하겐대학 수의질병 생물학과의 Hanne Ingmer 교수와 함께 이번 연구를 주도한 Anita Nielsen 박사는 “우리가 분리한 해양 세균 유래 물질은 포도상구균이 면역계를 파괴시키기 위하여 만들어내는 독소나 면역계를 회피하기 위하여 만들어내는 위장용 단백질을 생산하는 능력을 차단하는 것으로 나타났다.

 

동시에 이 물질은 포도상구균이 숨죽이고 있다가 일시에 독성을 발휘하기 위한 정족수 인식(quorum sensing)이라는 복잡한 의사소통 시스템도 마비시키는 효과를 나타냈다”고 설명했다.

포도상구균은 피부와 연조직에 고름집(pus)을 형성하는 주요 원인이며, 감염성 심장질환의 주요 원인이다. 그리고 병원 획득 감염(hospital-acquired infection)의 첫 번째 원인이며, 식품을 매개로 한 전염병의 4대 원인 중 하나이기도 하다.

 

더욱이 병원과 지역사회에서는 항생제 저항성 포도상구균(예: MRSA)이 계속 증가하고 있다. 1940년대부터 포도상구균은 전세계 병원에서의 주요 감염증으로 부각되었다. 때문에 전세계의 많은 제약기업들이 이를 퇴치하기 위한 새로운 항생제 개발을 추진해왔다.

 

그러나 새로운 항생제 신약이 개발되고 얼마 지나지 않아서 다시 항생제 저항성이 발생하는 문제가 지속적으로 나타나고 있다.

미국 감염질환 학회(Infectious Disease Society)에 따르면 1974년의 미국의 포도상구균 감염에서 항생제 저항성균 비율은 2%였지만, 2004년에는 63%로 급등했다고 한다. 미국 질병통제 예방센터(U.S. Centers for Disease Control and Prevention)에 따르면, 미국에서 포도상구균 감염으로 사망하는 사람들이 AIDS로 사망하는 사람보다 많다고 한다.

 

포도상구균이 혈류로 확산되면 패혈증과 같은 목숨을 위협하는 증상이 발생하게 된다. 미국에서 패혈증은 지난 10년간 91.3%나 증가했으며 올해에 25만 명의 목숨을 앗아갈 것으로 예측되고 있다. 현재로서 포도상구균의 항생제 내성 획득은 불가피해 보이지만, 마땅한 대책이 없는 형편이다.

이번 연구는 코펜하겐 대학과 덴마크 기술대학의 연구팀이 협력하여 진행되었다고 한다. 항병독성(antivirulence therapy) 요법제라는 새로운 형태의 치료제에 초점을 맞춘 이번 연구에서는 해양 세균에서 포도상구균을 저해하는 물질을 찾는 것이 목표라고 한다.

 

항병독성 요법은 인체의 자연적인 세균총(bacterial flora)은 보호하면서도 포도상구균과 같은 감염성 세균은 무장해제시키는 새로운 방식이라고 한다. 이런 방식을 통하여 인체의 면역계는 감염증으로부터 자신을 보호할 기회를 제공받게 된다. 장기적으로도 이러한 치료 방법은 위중하나 부작용이 덜 발생시킬 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 2006년 8월부터 2007년 4월까지 전세계에서 진행된 Galathea 3 탐사(Galahea 3 Expedition)에서 수집된 해양 세균에서 물질을 추출하고 분석했다고 한다. 이들 중에서 솔로몬 군도 인근에서 수집된 Photobacterium halotolerans라는 해양 세균에서 분리된 Solonamid B라는 cyclodepsipeptide 계열의 물질이 아주 특별한 특성을 보여주었다고 한다.

 

Hanne Ingmer 교수는 “Solonamid B는 포도상구균이 우리의 혈액세포들을 고장내기 위하여 만들어내는 여러 독소들을 생산하는 능력을 저해하는 것으로 나타났다. 사람의 면역계에서 백혈구는 침입한 세균에 대항하기 때문에 매우 중요하다. Solonamid B를 포도상구균에 처리했을 경우에는 독소 생산 능력이 감소하여서 백혈구가 사멸되는 비율이 절반 이하로 감소하는 것으로 나타났다”고 설명했다.

Solonamide B는 정족수 인식에서 핵심 효과체 분자인 RNAIII의 발현을 효과적으로 저해하였다고 한다. 또한 이 물질은 포도상구균이 정족수 인식을 위한 자가유도 펩타이드(autoinducing peptide)의 결합도 차단하는 것으로 확인되었다.

 

포도상구균이 생산하는 α-hemolysin과 PSMs(phenol soluble modulins) 등의 주요 병원성 인자들의 독성도 Solonamide B가 80%나 감소시켰다고 한다. 이번 논문에서는 Solonamid B를 분리하고 작용 방식도 규명했지만, 이 물질을 실제로 항병독성 요법제로 이용하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 한다.

 

이번 연구에서 세포 시험에 이용된 Solonamid B의 분리 정제와 동정은 덴마크 기술대학과의 협력을 통해서 이루어졌다고 한다. 덴마크 기술대학의 연구자들이 물질을 분리하였으며, 코펜하겐 대학의 생리활성 시험을 담당하였다. 앞으로의 추가 시험에서는 동물 및 사람들을 대상으로 이 물질의 효과를 재확인한다고 한다.

 

 

 

 

Aggressive infections are a growing health problem all over the world. The development of resistant bacteria is rampant and, in the United States, resistant staphylococci cause more deaths than AIDS on an annual basis. Researchers from the University of Copenhagen are studying a new form of treatment based on marine bacteria. The results have been published in PLOS ONE.

 

Staphylococci have been a big problem for hospitals all over the world since the 1940s and, for many years, the pharmaceutical industry has been able to develop new antibiotics to keep up with the emergence of the aggressive bacteria.

 

However, from 1970 to 2000, virtually no new antibiotics have come on the market. Staphylococci are gaining in the race – resistance is growing, and treatment options are few. In short, doctors have been set back to the time before penicillin was mass produced.

 

Research performed in collaboration between the University of Copenhagen and the Technical University of Denmark (DTU) focus on a new form of treatment – so-called antivirulence therapy – based on marine bacteria producing Staphylococcus inhibiting compounds.

 

"The marine compounds effectively inhibit the ability of staphylococci to form toxins and camouflage proteins that prevent our immune system from reacting to an infection. At the same time, marine compounds appear to paralyse a sophisticated communication system that provides staphylococci the opportunity to undertake a coordinated attack on the organism," says Anita Nielsen, PhD.

 

She has published new results in PLOS ONE with Professor Hanne Ingmer from the Department for Veterinary Disease Biology at the University of Copenhagen's Faculty of Health and Medical Sciences.

 

In the United States, resistant staphylococci cause more deaths than AIDS on an annual basis. Antivirulence therapy protects the body's natural bacterial flora and disarms, so to speak, infectious staphylococci bacteria.

 

In this way, the body's immune system potentially gets a chance to defend itself against infection – and, in the long term, this form of treatment can mean that patients experience fewer harmful side effects.

 

 

The researchers have analysed compounds extracted from marine bacteria collected from all over the world on the Galathea 3 expedition, which took place from August 2006 until April 2007. One particular compound, Solonamid B, isolated from a marine bacterium found near the Solomon Islands, is of particular interest.

 

"Solonamid B inhibits the ability of staphylococci to produce various toxins that break down our blood cells. White blood cells in particular are important in this context, because they participate in the fight against invasive bacteria during an infection.

 

When Solonamid B is added to bacteria, it reduces their toxin production so only a fifth of the white blood cells die that would otherwise succumb to the staphylococci toxins," says Professor Hanne Ingmer.

 

It has required demanding laboratory work to analyse the compounds that can form the basis for antivirulence therapy in the future.

 

Purification and identification of the Solonamid B used for the cell studies were undertaken in collaboration with DTU. Researchers at DTU extracted the compounds that researchers at University of Copenhagen subsequently tested biologically.

 

Future experiments will show whether the antivirulence compounds also work in animals and human beings.