항생제 내성 가진 슈퍼 박테리아 파괴하는 분자 나노머신 개발 (연구)

20세기 의학의 가장 큰 성과는 항생제와 백신의 개발이다. 이 두 가지 무기를 통해 인류를 끊임없이 괴롭혔던 수많은 감염병을 치료하거나 예방할 수 있게 됐다. 덕분에 인류의 수명은 극적으로 늘어났다. 백신과 항생제의 도움이 없었다면 지금처럼 기대 수명이 80세 이상인 시대는 오지 않았을 것이다. 하지만 최근 항생제 내성균의 비중이 점점 높아지면서 감염병이 위협이 날로 커지고 있다. 따라서 많은 과학자가 항생제 내성균 감염을 치료할 수 있는 새로운 항생 물질 개발에 몰두하고 있다.

미국 라이스 대학 제임스 투어 연구소의 과학자들은 조금 색다른 대안을 제시했다. 지금까지 과학자들은 내성균에게도 효과적인 항생제 개발에 집중했다. 하지만 결국 세균은 여기에 적응해 진화해 새로운 항생제 내성이 발현된다. 연구팀이 제시한 대안은 분자 나노머신(Molecular nanomachines, MNMs)을 이용해 생화학적인 방법이 아니라 물리적인 방법으로 세균을 파괴하는 것이다.

연구팀이 개발한 분자 나노머신은 골치 아픈 병원성 세균 중 하나인 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae) 표면에 결합한다. 이 상태로는 세균에 해롭지 않지만, 분자 나노머신에 빛을 쬐면 광화학 반응에 의해 초당 300만 회 회전하면서 표면에 구멍을 낸다. 한 마디로 분자 드릴이라고 할 수 있다. 여러 층의 방어막을 지닌 폐렴간균은 표면에 구멍이 뚫려도 살아남을 수 있지만, 항생제 같은 유해 물질로부터 세균을 지켜주던 보호막이 사라지면서 항생제에 무방비 상태가 된다.

연구팀은 강력한 항생제인 메로페넴(meropenem)에 내성을 지닌 폐렴간균을 대상으로 분자 나노머신의 효과를 시험했다. 그 결과 분자 나노머신만 단독으로 사용했을 때 17%의 세균이 파괴되는 것을 확인했다. 하지만 메로페넴과 같이 사용할 경우 전체 세균의 65%가 파괴됐다. 세균을 항생제로부터 지켜주던 보호막이 파괴되어 항생제에 그대로 노출되기 때문이다. 여기에 추가로 몇 가지 조치를 더 취할 경우 세균 제거율은 94%까지 올라갔다.

아직은 기초 연구 단계로 실제 의료 현장에서 사용하기에는 많은 후속 연구가 필요하지만, 연구팀은 이 방법이 물리적으로 세균을 파괴하기 때문에 세균 입장에서 쉽게 내성을 발현하기 어렵다는 점에 주목하고 있다. 더 나아가 암세포 표면에 특이적으로 결합할 수 있는 분자 나노머신을 개발하면 암세포만 골라 물리적으로 파괴할 수 있을 것으로 보고 있다. 만약 사람을 대상으로 한 실험에서 효과적일 뿐 아니라 큰 부작용이 없다면 항생제 내성균 치료는 물론 암 치료에도 새로운 돌파구가 열릴 것으로 기대된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com