새로운 항생제 및 치료법 개발 가능성 높여

본교 약학과 김우성 교수 연구팀이 황색포도상구균에 강력한 항균 활성을 나타내는 MB6을 발굴하고 그 작용 기전을 규명하였다. 새로운 항생제 및 치료법 개발 가능성을 높인 본 연구 결과는 논문 「A Methylazanediyl Bisacetamide Derivative Sensitizes Staphylococcus aureus Persisters to a Combination of Gentamicin And Daptomycin」라는 제목으로 2023년 12월 21일(목) <Advanced Science>에 게재됐다.

황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 인간 체내에 존재하는 기회감염성 균주로, 피부감염, 식중독, 폐렴, 심내막염에 등의 다양한 감염을 일으킬 수 있는 중요한 원인균이다. 특히, 황색포도상구균은 유전적 변이로 인한 항생제 내성(Resistance)이 빈번하게 일어나며, 비성장 휴면 상태에 의한 항생제 내성(Tolerance)을 발달시킬 수 있어 인류 보건에 큰 위협을 가하고 있다. 

이렇게 항생제 Tolerance를 보이는 세균을 '퍼시스터(Persisters)'라고 하는데, 황색포도상구균의 퍼시스터는 생물막 관련 질병과 심내막염 및 골수염 등을 야기하고 감염 치료의 높은 실패율의 원인이 된다. 대표적으로, 베타락탐(beta-lactam) 계열 항생제에 저항성을 나타내는 메티실린 내성 황색포도상구균(methicillin-resistant S. aureus, MRSA)이 있으며, MRSA는 퍼시스터 형성에 뛰어난 능력을 가지고 있다. 이러한 항생제 Resistance 및 Tolerance로 인해 MRSA 감염은 현재 항생제 화학요법으로 효과적인 치료가 어려워 새로운 치료법 및 치료제 개발이 시급하다. 

김우성 교수와 허희영 씨(제1저자, 2023년 본교 석사졸업), 백성은 석사과정 학생(제3저자)으로 이루어진 본교 연구팀은 Nanyang Technological University, Harvard Medical School, Houston Methodist Hospital, 강동성심병원 연구팀과 공동연구를 통하여, MRSA에 대해 효과적인 새로운 Methylazanediyl Bisacetamide 유도체(MB6)를 발견하고, MB6 항균 효과의 분자 메커니즘을 밝혀냈다. MB6는 낮은 내성 유도율을 보이면서도 포유동물 세포막보다 MRSA의 막 지질 이중층을 선택적으로 파괴하는 메커니즘을 가짐으로써 강력한 항균 활성을 나타냈다. 

더불어 기존 임상에서 사용되고 있는 항생제인 겐타마이신(gentamicin)과 댑토마이신(daptomycin)의 조합을 향상시키는 보조제로서 MB6의 역할을 규명했다. MB6는 성장 중인 MRSA 세포에는 효과적이지만, MRSA 퍼시스터에 대한 항균 활성은 제한적으로 나타낸다. 하지만 MB6는 겐타마이신의 흡수를 촉진하고 댑토마이신의 막 파괴 활성을 강화시켜, MRSA 퍼시스터에 대해 강력한 '삼중 약물 상승 효과(Triple Synergism)'를 나타냄을 밝혔다. 

MB6의 삼중 약물 상승 작용 기전

이러한 결과는 MB6가 MRSA 퍼시스터에 대한 기존 항생제들의 효과를 증진시키는 항균 보조제로서 개발될 잠재성이 높음을 시사한다. 또한 이 연구에서 밝혀진 MB6의 분자 메커니즘은 항균제 저항 및 내성 박테리아에 대한 새로운 항균 조합 전략 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 바이오의료기술개발사업 및 선도연구센터(MRC), 교육부 기초과학연구역량강화사업의 일환으로 국가연구시설장비진흥센터(NFEC)의 지원을 받아 수행됐다.