(Color-enhanced scanning electron micrograph showing Salmonella Typhimurium (red) invading cultured human cells Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH)
항생제 내성은 21세기 인류가 직면한 심각한 문제입니다. 항생제 사용이 늘어감에 따라 항생제에 내성을 지닌 세균도 증가하고 있는데, 내성균에 듣는 항생제 개발이 이를 따라잡지 못하면서 이미 항생제 내성균 감염으로 사망하는 사람의 숫자가 크게 늘었고 앞으로 점점 더 증가할 것으로 우려되고 있습니다. 2050년 쯤 되면 연간 1000만 명이 이와 관련해 사망할 것이라는 이야기가 나오고 있습니다.
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과학자들은 항생제 내성균을 치료할 수 있는 새로운 방법을 연구하는 한편 항생제 내성균을 빠르게 판별할 수 있는 기술을 연구하고 위해 노력하고 있습니다. 내성이 없는 세균에까지 내성균에 듣는 항생제를 사용할 경우 항생제 노출이 늘어나면서 해당 항생제에 대한 내성을 빠르게 진화시킬 가능성이 높기 때문입니다.
튀안 안 트란 박사 (Dr. Tuan-Anh Tran)가 이끄는 케임브리지 대학의 연구팀은 주요 감염균 중 하나로 최근 항생제 내성을 키워가고 있는 쥐장티푸스균(Salmonella Typhimurium)의 항생제 내성을 빠르게 판별할 수 있는 AI 이미징 판독 기술을 개발했습니다.
쥐장티푸스균: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5144967&cid=61232&categoryId=61232
일반적으로 항생제 내성균 여부를 진단하기에 앞서 세균부터 찾아내 동정할 필요가 있습니다. 그리고 현미경과 다른 방법으로 세균을 확인하면, 세균을 배양해 항생제 내성을 이기고 자랄 수 있는지 확인합니다. 당연히 이 과정은 몇 일의 시간이 필요합니다. 그런데 이 때 항생제 내성을 지닌 세균이라면 약이 효과가 없고 처음부터 내성균으로 간주하고 약을 사용하면 앞서 설명한 것처럼 장기적으로 문제를 더 크게 만들 수 있습니다.
연구팀은 쥐장티푸스균의 현미경 사진을 AI로 분석하게 학습해 내성균과 내성이 없는 세균이 미세한 차이를 파악하게 했습니다. 쥐장티푸스균의 일차 항생제는 시프로플록사신 (ciprofloxacin)인데, 내성균과 아닌 세균은 구조가 미세하게 차이가 있습니다. 다만 이 차이는 사람 눈으로느 사실 구분할 수 없습니다.
하지만 연구팀이 개발한 AI 알고리즘을 세균에 대한 현미경 사진만 확보하면 사람이 구분하기 힘든 미세한 차이를 구분해 항생제 내성균을 판별할 수 있는 것으로 나타났습니다. 세균을 찾아내기까지 시간이 필요해 경험적 항생제 처방은 여전히 필요할 수 있으나 더 빠르게 적절한 조치를 취할 수 있는 셈입니다.
실제 임상에서 활용하기까지는 더 많은 연구가 필요하겠지만, AI를 이용한 예상치 못한 항생제 내성 신속 진단 기술이라는 점이 흥미롭습니다.
참고
https://phys.org/news/2024-07-ai-drug-resistant-typhoid-infection.html
Tuan-Anh Tran et al, Combining machine learning with high-content imaging to infer ciprofloxacin susceptibility in isolates of Salmonella Typhimurium, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49433-4
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