세균 내성 원인 규명…새로운 항생제 개발된다

국내연구팀, 세균 내성 메커니즘 밝혀내

▲세균 내성에 대한 매커니즘이 규명됐다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]갈수록 세균의 내성이 강해지고 있다. 웬만한 약물로 치료할 수 없을 만큼 내성이 강력해 졌다. 세균이 여러 항생제에 쉽게 적응하며 살아남는 비결이 짧은 DNA 스위치가 유도하는 세균의 변신 때문이라는 연구결과가 나왔다. 항생제 내성 메커니즘 규명으로 신종 항생제 개발로 이어질 것으로 기대된다.

항생제 내성이란 특정 항생제의 영향으로 세균이 생존하지 못했다가 변이 등을 통해 해당 항생제의 항세균 활성에도 불구하고 생존할 수 있게 되는 현상을 말한다.

베타락탐계 항생제는 세계적으로 감염치료제로 쓰이는 주요 항생제인데 많은 병균이 이 항생제를 분해하는 분해효소(베타락탐아제)를 가지고 있는 것이 문제이다. 베타락탐계 항생제는 현재 쓰이는 항생제의 절반에 해당하는 주요 항생제 그룹으로 베타락탐이라는 작은 구조를 공통적으로 갖고 있다.

세균이 새로운 항생제에 적응하는 내성이 문제인데 대부분 항생제 분해효소를 이루는 아미노산의 돌연변이 때문인 것으로 알려져 있었다. 아미노산은 단백질의 구성요소 중 하나로 항생제 분해효소의 주요부분에 있는 아미노산이 다른 종류의 아미노산으로 바뀌면 효소의 기능에 변화를 일으킨다.

연구팀은 항생제 분해효소(베타락탐아제)를 만드는 유전자 내에 나타나는 반복서열이 효소의 구조를 변형시켜 다른 항생제를 분해할 수 있게 된다는 새로운 항생제 내성 획득방식을 알아냈다. 4개 이상의 염기로 된 작은 단위체(SCS)가 유전자상에 반복서열(tandem repeat)을 일으키고 결과적으로 효소의 구조적 변형을 유발하는 것이다.

특히 이 반복서열은 종래 항생제에 다시 노출되면 DNA 스위치로 작동하며 사라져 원래의 서열로 쉽게 돌아가는 적응력이 높은 유형의 돌연변이라는 설명이다. 변형된 베타락탐아제는 새로운 항생제 분해 능력을 얻는데 종래의 항생제에 대한 분해 능력은 잃기 때문에 종래의 항생제에 노출되면 원래 형태로 돌아가는 것이 세균의 생존력을 높인다.

이번 연구는 고려대 의대 김희남 교수 연구팀이 수행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원으로 이뤄졌다. 연구결과는 유전학 분야 국제학술지 플로스 제네틱스(PLOS Genetics) 9월 18일자(논문명: The tandem repeats enabling reversible switching between the two phases of beta-lactamase substrate spectrum)에 실렸다.

김 교수는 "DNA 스위치 메커니즘이 세균뿐만 아니라 인간의 유전체에도 다양한 형태로 존재하며 인간의 많은 유전병의 원인이 되므로 앞으로 중요한 연구대상이 될 것"이라고 말했다.