(A Klebsiella pneumoniae bacteria after being attacked by the molecular drills. The yellow arrows indicate cell wall holes, and the purple shows where material is leaking from inside. Don Galbadage/Texas A&M)
(A microscope image of Klebsiella pneumoniae after being targeted by molecular drills. The insides of the bacteria are leaking out at the red arrow. Don Galbadage)
(An illustration shows how motorized nanomachines triggered by light drill into bacteria, making a path for antibiotics. Experiments showed the bacteria became susceptible again to the antibiotic meropenem, to which it had developed resistance. Illustration by Don Thushara Galbadage)
여러 차례 소개한 것처럼 항생제 내성 세균은 21세기 의학의 가장 큰 위협입니다. 따라서 내성균을 죽일 수 있는 다양한 항생 물질이 연구되고 있습니다. 라이스 대학의 제이스 투어 랩 (James Tour Lab at Rice University)의 연구팀은 항생 물질이 아닌 분자 나노 드릴을 대안으로 제시했습니다. (정확히 말하면 분자 나노머신, Molecular nanomachines (MNMs))
연구팀은 흔한 감염성 세균 중 하나인 Klebsiella pneumoniae 표면에 붙을 수 있는 분자 모터를 개발했습니다. 이 모터는 평소에는 작동하지 않지만, 빛을 통해 활성화시키면 초당 300만회 회전합니다. 그러면 세군 표면에 구멍이 뚫려 죽게 됩니다. 설령 죽지 않고 살아남는다고 해도 뚫린 구멍으로 항생제가 들어와 내성균도 죽게 됩니다. 항생제 내성의 주요 기전 중 하나가 보호막을 치거나 항생제를 외부로 퍼내는 것이기 때문입니다. (모식도 참조)
연구팀은 중요한 항생제 가운데 하나인 메로페넴(meropenem) 내성 K. pneumoniae에 이 분자 모터를 사용해 17%에 세균을 죽였고 메로페넴과 함께 투여한 경우 65%를 제거했습니다. 몇 가지 다른 조치를 하면 제거율은 94% 까지 올라갔습니다. 이 방법은 항생제와 달리 생화학적 반응이 아니라 물리적 방법을 통해 세균을 죽이기 때문에 내성에 무관하게 세균을 제거할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다.
하지만 아직은 기초 연구 단계로 실제 임상에 적용될 수 있을지는 미지수입니다. 실제 감염병 치료에 효과가 있으면서 부작용이 없는지 검증하기에는 많은 시간이 필요할 것입니다. 아무튼 물리적 방법으로 세균을 파괴한다는 점이 재미있는 접근 방법이라고 생각합니다. 연구팀이 이 새로운 나노머신이 암 치료 등 여러 가지 영역에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
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