북극해는 신약의 잠재적 인보고로 밝혀졌습니다.

과학자들은 북극해 박테리아에서 항생제 내성 감염에 맞서 싸우고 차세대 약물의 길을 열 수 있는 새로운 화합물을 발견했습니다.

항생제 내성 문제와 새로운 기회

항생제는 현대 의학의 기반입니다. 항생제가 없다면 감염 치료와 수술은 매우 위험할 것입니다. 그러나 매년 항생제에 대한 세균 내성 문제는 심화되고 있는 반면, 근본적으로 새로운 항생제의 발견 속도는 현저히 뒤처져 있습니다.

새로운 서식지 탐험

희망의 여지가 있습니다. 허가된 항생제의 70%는 토양에 서식하는 방선균에서 유래하지만, 지구상 대부분의 서식지는 아직 탐사되지 않았습니다. 북극해처럼 연구가 부족한 다른 지역의 방선균에서 새로운 항생제를 찾는 것은 유망한 전략입니다. 특히 박테리아를 직접 죽이지는 않지만 병독성(질병을 유발하는 능력)을 감소시켜 내성 발생을 어렵게 하고 부작용 발생 가능성을 줄이는 새로운 분자를 발견할 수 있다면 더욱 그렇습니다.

고급 스크리닝 방법으로 새로운 화합물 발견

"저희 연구에서는 고감도 스크리닝(FAS-HCS)과 Tir 전좌 분석을 사용하여 방선균 추출물에서 항독성 및 항균성 화합물을 특이적으로 확인했습니다."라고 핀란드 헬싱키 대학교 교수이자 Frontiers in Microbiology 저널에 게재된 이 연구의 주저자인 파이비 타멜라 박사는 말했습니다. "저희는 두 가지 뚜렷한 화합물을 발견했습니다. 하나는 장병원성 대장균(EPEC)의 성장에는 영향을 미치지 않으면서 병원성을 억제하는 큰 인지질이고, 다른 하나는 박테리아 성장을 억제하는 화합물인데, 두 화합물 모두 북극해에서 분리한 방선균에서 유래했습니다."

연구팀은 약물 후보 물질을 분석하기 위해 복잡한 미생물 추출물을 활용하도록 설계된 자동화된 스크리닝 시스템을 구축했습니다. 연구진은 수백 가지의 미지의 화합물의 항바이러스 및 항균 효과를 동시에 시험할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 특히 개발도상국의 5세 미만 어린이에게 심각한 설사를 유발하는 EPEC 균주를 표적으로 삼았습니다.

항바이러스 및 항균 화합물 발견

연구 대상 화합물은 2020년 8월 노르웨이 연구선 크론프린츠 하콘(Kronprinz Haakon)호의 탐사 중 스발바르 제도 인근 북극해에서 채집한 무척추동물에서 분리한 네 종의 방선균에서 추출했습니다. 박테리아를 배양하고, 세포를 추출한 후, 그 내용물을 분획으로 분리했습니다. 각 분획에 대해 대장암 세포에 부착하는 EPEC를 시험관 내에서 시험했습니다.

연구진은 이전에 알려지지 않았던, 서로 다른 생물학적 활성을 가진 두 가지 화합물을 발견했습니다. 하나는 로도코커스(Rhodococcus) 속의 알려지지 않은 균주(T091-5)에서 유래한 것이고, 다른 하나는 코쿠리아(Kocuria) 속의 알려지지 않은 균주(T160-2)에서 유래한 것입니다. T091-5 균주에서 유래한 화합물은 큰 인지질로 확인되었으며, 액틴 페데스탈 형성과 숙주 세포 표면의 Tir 수용체에 대한 EPEC 결합을 억제함으로써 강력한 항독성 효과를 나타냈습니다. T160-2 균주에서 유래한 화합물은 강력한 항균 특성을 나타내어 EPEC 박테리아의 성장을 억제했습니다.

유망한 결과와 다음 단계

상세 분석 결과, T091-5 균주의 인지질은 박테리아 증식을 억제하지 않는 것으로 나타났으며, 이는 내성 발생 가능성을 낮춰 항바이러스 치료제로서 유망한 후보 물질임을 보여줍니다. 동시에, T160-2 균주의 화합물은 박테리아 증식을 억제했으며, 이는 잠재적인 새로운 항생제로서 추가 연구가 진행될 예정입니다.

HPLC-HR-MS2 방법을 사용하여 이러한 화합물을 분리하고 동정했습니다. 인지질의 분자량은 약 700이었으며, 이는 EPEC와 숙주 세포 간의 상호작용을 방해했습니다. Tammela는 "다음 단계는 화합물 생산을 위한 배양 조건을 최적화하고, 구조 및 생물학적 활성의 추가 특성 분석을 위해 각 화합물을 충분한 양으로 분리하는 것입니다."라고 덧붙였습니다.