슈퍼박테리아 방어막 뚫는 치료 플랫폼 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 미세방울 기반의 나노전달 플렛폼으로 슈퍼박테리아 감염증을 치료할 수 있는 길이 열릴 것으로 보인다.

병원 내 감염의 주요 원인 중 하나로 알려진 슈퍼박테리아 ‘메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA, 포도상구균)’은 기존 항생제에 대한 높은 내성뿐 아니라 강력한 미생물막인 바이오필름(biofilm)을 형성함으로써 외부 치료제를 차단한다.

한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 국제 연구팀과 함께 미세방울(microbubble)을 이용해 유전자 표적 나노입자를 전달해 바이오필름을 무너뜨리고 기존 항생제가 무력한 감염증에 대한 혁신적 해결책을 제시하는 플랫폼 개발에 성공했다.

KAIST(총장 이광형)는 생명과학과 정현정 교수 연구팀이 미국 일리노이대 공현준 교수팀과 공동연구를 통해 포도상구균이 형성한 세균성 바이오필름을 효과적으로 제거하기 위해 유전자 억제제를 세균 내부로 정확하게 전달하는 미세방울 기반 나노-유전자 전달 플랫폼(BTN‑MB)를 개발했다고 29일 발표했다.

연구팀은 먼저, 포도상구균의 주요 유전자 3종(바이오필름 형성(icaA), 세포 분열(ftsZ), 항생제 내성(mecA))을 동시에 억제하는 짧은 DNA 조각(oligonucleotide)을 설계했다. 이를 탑재해 균내로 효과적으로 전달할 수 있는 나노입자(BTN)를 고안했다.

여기에 더해 미세방울(microbubble, MB)을 사용해 포도상구균이 형성한 바이오필름인 미생물막의 투과성을 높였다. 연구팀은 두 가지 기술을 병용해 세균의 증식과 내성 획득을 원천적으로 차단하는 이중 타격 전략을 구현했다.

이번 치료 시스템은 두 단계로 작동한다. 먼저 MB가 포도상구균이 형성한 세균성 생체막내 압력 변화로 나노입자(BTN)의 침투를 가능하게 만든다. 이어 BTN이 생체막의 틈을 타 세균 내부로 침투해 유전자 억제제를 정확하게 전달한다.

이를 통해 포도상구균의 유전자 조절을 일으켜 생체막 재형성, 세포 증식, 그리고 항생제 내성 발현이 동시에 차단된다.

돼지 피부 감염 생체막 모델과 포도상구균 감염 마우스 상처 모델에서 시행한 실험 결과 BTN‑MB 치료군은 생체막 두께가 많이 감소했다. 세균 수와 염증 반응도 눈에 띄게 줄어드는 뛰어난 치료 효과를 확인할 수 있었다.

정현정 교수는 “이번 연구는 기존 항생제로는 해결할 수 없는 슈퍼박테리아 감염에 대해 나노기술, 유전자 억제, 물리적 접근법을 융합해 새로운 치료 해법을 제시한 것”이라며 “앞으로 전신 적용과 다양한 감염 질환으로의 확장을 목표로 연구를 지속할 것”이라고 설명했다.

해당 연구는 KAIST 생명과학과 정주연 학생과 일리노이대 안유진 박사가 제1 저자로 참여했다. 연구결과(논문명: Microbubble-Controlled Delivery of Biofilm-Targeting Nanoparticles to Treat MRSA Infection)는 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’5월19일자 온라인으로 실렸다.