(Artwork depicts genetically engineered bacteria designed with "thermostat controls." Thermally controlled bacteria such as these could ultimately help treat diseases of the gut, or cancer. Credit: Caltech)
암세포나 세균과 싸우는 마이크로 로봇은 SF 영화나 미래 사회를 다룬 글들의 소재지만, 사실 이렇게 작은 로봇을 제조하고 체내에서 자유자재로 움직이게 한다는 것은 현재 기술 수준에서 매우 어려운 일입니다. 현재 진행되는 연구는 모두 개념 단계이나 실험실 단계를 벗어나지 못하고 있습니다.
캘리포니아 공대의 미하일 사피로 (Mikhail Shapiro) 교수와 그의 동료들은 약간 다른 관점에서 새로운 방식을 시도했습니다. 그것은 유전자 조작 박테리아를 이용해서 약물을 원하는 위치에 투여하는 것입니다. 이 시도에서 가장 흥미로운 부분은 이 박테리아가 스스로 자폭하는 킬 스위치 (Kill Switch)를 가지고 있다는 사실입니다.
이들이 저널 Nature Chemical Biology에 발표한 내용에 따르면 쥐를 이용한 동물 모형에서 이 박테리아가 종양이나 혹은 위장관에서 원하는 방식으로 작동을 할 수 있다고 합니다. 첫 번째 문제는 박테리아가 정확하게 목표를 찾는 것인데, 이는 특정한 장소를 선호하는 박테리아의 성질을 이용한다고 하네요. 예를 들어 종양 세포 내부는 산소 농도가 떨어지는데, 혐기성 조건을 선호하는 박테리아의 경우 이런 장소로 모이는 특징이 있습니다. 여기에 특정 위치를 선호하는 박테리아를 같이 사용합니다.
두 번째 문제는 박테리아가 과다 증식해서 오히려 환자를 해치거나 혹은 예기치 않은 문제를 일으키는 경우입니다. 이 문제는 앞서 소개한 킬 스위치로 해결할 수 있다고 합니다. 연구팀은 열에 민감한 단백질을 연구했는데, 우선 대상이 되었던 것이 살모넬라균과 다른 바이러스였습니다. 그런데 살모넬라균에 있는 단백질은 섭씨 42-44도에 작동하는 특징이 있습니다. 연구팀은 체온에 더 가까운 36-39도로 유전자를 조작했습니다.
(The glowing images in this animation were drawn on petri-dish plates with bacteria. The bacteria were engineered to respond to temperature changes. The bacteria seen in the tree express green fluorescent protein at temperatures above 36 degrees Celsius. Bacteria seen in the sun express a red fluorescent protein above 40 degrees Celsius. Bacteria in the lawn have both the green and red thermal switches, and thus turn yellow at the higher temperatures. Credit: Shapiro Lab/Caltech)
(동영상)
이렇게 온도에 반응하는 단백질을 이용하면 환자의 체온이 상승하면 자동으로 자폭하거나 혹은 작동을 멈추게 맞춤형 디자인이 가능합니다. 동시에 종양이 있는 부위를 초음파등으로 온도를 올려 여기서만 약물을 분비하게 조절할 수 있습니다.
박테리아는 어렵게 제조할 필요없이 그냥 배양만 하면 되므로 매우 쉽게 대량으로 증식해서 치료 목적으로 활용할 수 있습니다. 다만 인체에 면역 반응을 유발하거나 혹은 그 자체가 감염증을 유발할 수 있으므로 실제 활용에는 신중해야 할 것 같습니다.
미래에 박테리아가 마이크로 로봇 대신 인체를 누비며 병을 치료할지는 좀 더 두고봐야 알 수 있겠지만, 아무튼 흥미로운 소식인 점은 분명합니다.
참고
"Tunable Thermal Bioswitches for In Vivo Control of Microbial Therapeutics," Nature Chemical Biology, nature.com/articles/doi:10.1038/nchembio.2233
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