류충민 한국생명공학연구원(이하 생명연) 감염병연구센터 박사 연구팀은 바이오나노 기술을 이용해 슈퍼박테리아를 효과적으로 제어할 수 있는 금나노입자와 지질나노입자 기반의 신규 항생제를 개발해 기존 항생제의 한계를 극복할 수 있는 슈퍼박테리아 치료의 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대되고 있다고 밝혔다.
이번 연구성과는 인체의 유익한 균에는 영향을 주지 않고 특정한 병원균만을 선택적으로 사멸시킬 수 있어 항생제 내성 문제를 극복하면서 슈퍼박테리아를 정밀하게 타겟하여 제어할 수 있는 신개념 치료 기술이다.
연구팀은 먼저 세균 생존에 필요한 철분을 세포 내로 이동시키는 시데로포어(siderophore)라는 유기물질에 금나노입자를 결합시켰다. 그 후 특정파장(808nm)의 빛(근적외선)을 비췄는데 세균 속에 들어간 금나노입자가 순간적으로 수백도의 열을 발생시켜 실험대상인 녹농균을 물리적으로 사멸시켰다.
생쥐 피부 감염 모델을 이용한 실험결과 신속하게 상처가 치유되는 것을 확인했으며, 면역세포나 정상피부 조직에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타나 생체안전성도 높은 것으로 평가됐다.
연구팀은 또 다른 연구에서 세균 내로 유전자 편집 시스템(CRISPR-Cas13a)을 전달할 수 있는 새로운 지질나노입자를 제작했다. 세균 특이 가이드 RNA가 세균의 특정 유전자를 인식하면 유전자 편집 시스템에 있는 효소(Cas13a)가 세포 내 RNA를 무작위적으로 분해하여 세균이 사멸됐다.
패혈증 동물 모델을 이용한 실험결과 새로운 지질나노입자에 의해세균 몸속으로 들어간 유전물질이 치명적인 유전자 편집을 일으켜세균이 사멸되면서 패혈증을 성공적으로 억제하는 것을 확인했다.
한편 이번 연구성과는 세계적인 과학 저널인 ACS Nano(IF 15.8)에 2월 2일 게재됐으며 Advanced Healthcare Materials(IF 10.0)에 3월 14일 표지 논문으로 게재됐다. 과기정통부 바이오‧의료기술개발사업, 환경부 생활화학제품 안전관리기술개발사업, 생명연 주요사업 지원으로 수행됐다.
임혜정 기자
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