병원성 세균만 골라 활성산소 폭탄 터뜨리는 항생 나노로봇
전기자극 반응에 활성산소 발생...내성발생 없는 제균 실마리 될까.
□ 인류의 생존을 위협하는 위험 가운데 하나인 항생제 내성박테리아에 대항하여 활성산소로 박테리아만 죽이는 나노로봇이 개발됐다.
○ 내성발생이 필연적으로 발생하는 기존 항생제의 제균(除菌) 방식과다른 새로운 방식을 적용, 내성으로부터 자유로운 감염치료제 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.
※ 항생제 내성 : 항생제가 무력화되는 현상. 주로 항생제에 노출된 세균 가운데 돌연변이를 통해 항생제의 표적이 되는 단백질을 변형시키면서 나타나는 것으로 알려져 있다.
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김경규 교수(성균관대 의학과) 연구팀(Chaurasia박사, Batool박사)이 이정헌(성균관대 신소재공학부), 유상렬(서울대학교 식품공학과) 연구팀과 함께 황색포도상구균에 선택적으로 결합, 외부 전기신호에 반응하여 활성산소를 발생시켜, 제균을 유도하는 20nm 크기의 나노로봇을 개발했다고 밝혔다.
※ 활성산소 : 활성이 크고 불안정하며 높은 에너지를 갖고 있는 산소
□ 실제 연구팀이 피하조직에 내성 황색포도상구균이 감염된 봉와직염 생쥐모델에 나노로봇을 주입하고 전기신호를 가하자, 감염균이 빠르게 사멸되고 염증이 사라지는 것을 관찰하였다.
○ 황색포도상구균에 감염된 대식세포(동물) 배양액에 나노로봇을 첨가하고 전류를 흘리면, 세균의 세포벽에 결합한 나노로봇이 전기자극에 반응하여 활성산소를 발생, 세포막을 파괴하는 것을 공초점현미경을 통해 확인하였다.
□ 핵심은 동물세포에 붙지 않고 세균에만 달라붙고, 원하는 때에 활성산소를 발생하는 나노로봇을 설계했다는 것이다.
○ 세균에 대한 선택성은 박테리오파지가 세균에 기생할 때 필요한 도킹 단백질(엔도라이신)을 철 나노입자에 코팅하여 확보하였다.
○ 전기자극을 통해 철 나노입자로부터 활성산소 발생을 유도하여 세균사멸의 시간적인 선택성을 부여했다.
□ 기존 항생제는 세균이 가진 단백질을 표적하기 때문에 표적 단백질에 돌연변이를 갖는 세균이 적응과정에서 살아남아 필연적으로 내성균이 발생한다.
○ 세균의 세포막에 결합하여 세포막을 손상시키는 기전의 항생제가 있었지만 세포막이 변형된 내성균 발생을 피할 수 없었다.
○ 반면 활성산소에 의한 세포막 손상은 단순한 유전자 돌연변이에 의해 극복할 수 없어 내성균이 발생할 가능성이 매우 낮다.
□ 항생나노로봇은 철나노입자를 실리콘 및 단백질로 코팅하는 한편, 피부미용에 사용되는 낮은 에너지의 전기자극으로 나노로봇을 구동할 수 있도록 해 임상적용 가능성이 높다는 설명이다.
○ 동물모델에서의 이번 연구가 실용화되려면 생체적합 소재 및 구동방법 최적화 등을 통한 안전성 입증 등이 필요하다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오‧의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노의학 분야 국제학술지 스몰(Small)에 4월 10일(온라인) 게재되었다.
