항생제 내성 유전자 공유 메커니즘 밝혀냈다

슈퍼박테리아로 2050년에 1000만 명 사망 추정

항생제 내성은 감염성 질병을 통제하려는 인간에게 커다란 위협이 되고 있다.

페니실린이 발명된 이후 그에 대한 항생제 내성(antibiotic-resistance) 박테리아들이 나타나고, 다시 이를 퇴치하기 위한 새 항생제가 개발되는 등 인간과 미생물 사이에는 창과 방패 같은 치열한 접전이 계속되는 중이다.

그러나 현재는 박테리아가 우위를 점한 상태다. 어떤 항생제에도 듣지 않는 ‘슈퍼 박테리아’가 인간의 건강에 큰 피해를 주고 있는 것.

현재 전 세계에서는 항생제 내성으로 인해 해마다 약 70만 명이 사망하는 것으로 알려진다. 전문가들에 따르면 2050년에는 슈퍼 박테리아로 인해 그 숫자가 1000만 명으로 크게 늘어날 것으로 추산된다.

슈퍼 박테리아들이 화살표로 표시된 주사기같이 생긴(syringe-like) 선모(pilus)를 통해 항생제 내성 플라스미드를 옮기는 모습. © Professor Mark Schembri

박테리아 플라스미드가 내성 유전자 운반

최근 호주 퀸즐랜드 연구팀은 병원균들이 어떻게 항생제 내성 유전자를 공유하는지를 밝혀내 슈퍼 박테리아 제어에 새로운 희망을 던져 주었다.

연구팀은 ‘네이처 마이크로바이올로지’(Nature Microiology) 17일 자에 발표한 논문에서, 박테리아의 플라스미드-자가-복제 DNA 분자를 조사한 결과, 항생제 내성 유전자가 한 박테리아에서 다른 박테리아로 이동할 때 두 가지 중요한 일이 일어난다는 사실을 알아냈다고 보고했다.

논문 시니어 저자인 퀸즐랜드대 미생물학과 마크 쉠브리(Mark Schembri) 교수는 “효과적인 항생제군이 감소함에 따라 슈퍼 박테리아 감염은 인체 건강에 큰 위협이 된다”며, “따라서 항생제 내성이 서로 다른 박테리아 사이에 어떻게 확산되는지에 대한 정확한 메커니즘을 이해하는 것이 중요하다”고 강조했다.

쉠브리 교수는 “이번 연구에서 박테리아간 항생제 내성 유전자가 급속히 확산되는 주요 원인 중 하나인 플라스미드(plasmids)-자가-복제 DNA 분자를 조사한 결과, 많은 플라스미드가 항생제 내성 유발 유전자를 10~15개 정도 운반하고 있는 것으로 확인됐다”고 밝혔다.

플라스미드란 세균의 세포 내에 염색체와는 별개로 존재하면서 독자적으로 증식할 수 있는 DNA를 말하며, 이 DNA에 유전 정보가 담겨있다.

숙주 박테리아로 플라스미드가 통합되는 두 가지 유형. 위의 비통합 플라스미드는 원래 모양대로 복제가 되고, 아래의 예에서는 유전자 부체인 에피솜이 숙주 염색체에 통합돼 복제된다. © WikiCommons / Spaully

여러 항생제 내성 동시에 전달돼

연구팀은 이 유전자들이 한 박테리아에서 다른 박테리아로 옮겨갈 때 두 가지 중요한 일이 발생한다는 사실을 발견했다.

하나는 플라스미드가 복제돼 공여자와 수용자 세포 모두에서 유지된다는 것이며, 두 번째는 모든 항생제 내성 유전자가 함께 전달됨으로써 여러 종류의 항생제에 대한 내성이 동시에 전달되고 획득될 수 있다는 것이다.

논문 제1저자인 스티븐 핸콕(Steven Hancock) 박사후연구원은 “이번 연구에서는 강력한 유전자 선별검사 시스템을 사용해, 중요한 항생제 내성 플라스미드가 한 박테리아에서 다른 박테리아로 옮겨가는데 필요한 모든 구성요소를 확인했다”고 밝혔다.

그는 “이번 조사에서 박테리아가 다른 박테리아로 플라스미드를 옮기는 주사기 같은 ‘주입기(syringe)’ 요소를 암호화하는 유전자들을 발견했다”고 말하고, “이는 플라스미드 DNA가 동원되는 메커니즘이자 전달 과정을 조절하는데 필수적인 새로운 제어 요소”라고 설명했다.

연구팀은 또한 이 제어 요소의 결정(crystal) 구조를 조사하고, 이것이 어떻게 DNA와 결합해 전달과 관련된 다른 유전자들의 전사를 활성화하는지를 밝혀냈다.

‘네이처 마이크로바이올로지’ 17일 자에 발표된 논문. © Springer Nature

“이번 연구 바탕으로 새 치료법 나오기를 기대”

쉠브리 교수는 이 같은 더욱 깊은 이해가, 갈수록 증가하는 건강 위기 해결책의 문을 열어줄 것이라고 말했다.

그는 “박테리아 간의 플라스미드 이동을 막는 것은 항생제 내성 유전자 확산을 줄이는 중요한 도전”이라고 말하고, “분자 역학을 면밀히 관찰함으로써 우리는 이런 유전자 확산을 제지하는 효과적인 해결책을 개발할 수 있다”고 강조했다.

1차 항생제 치료에 듣지 않는 감염으로 고생하다 운 좋게도 2차 항생제로 치료해 낫는 사람들이 많다.

쉠브리 교수는 “그러나 현재 극단적인 경우로서 모든 가용한 항생제에 듣지 않는 슈퍼 박테리아로 인한 일반적인 감염 상황을 볼 수 있으며, 이는 항생제 내성이 인류 건강에 대한 점증하는 도전이라는 사실을 부각시킨다”고 지적했다.

그는 “우리는 지금 이 문제를 해결해야 하며, 이번에 발견한 지식이 전 세계 수백만 명의 인명을 구할 수 있는 새로운 치료법으로 이어질 수 있으리라 기대한다”고 밝혔다.

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