내성발생 없이 병원성 세균만 죽이는 나노 로봇 개발 기대

한국연구재단, 항생제 내성없는 새로운 항생제 가능성 제시

코로나 감염 사태로 인해 백신 및 항생제에 관심이 많은 요즘, 새로운 방식의 항생제 연구결과가 공개돼 기대가 되고 있다.

한국연구재단은 항생제 내성박테리아에 대항하여 활성산소로 박테리아만 죽이는 나노로봇이 개발됐다고 발표했다. 내성으로부터 자유로운 감염 치료제 개발에 실마리가 될 수 있는 나노 로봇은 내성 발생이 필연적으로 발생하는 기존 항생제와는 다른 새로운 방식을 적용했다고 전했다.

김경규 교수(성균관대 의학과) 연구팀(Chaurasia박사, Batool박사)이 이정헌(성균관대 신소재공학부), 유상렬(서울대학교 식품공학과) 연구팀과 함께 황색포도상구균에 선택적으로 결합하여 외부 전기신호에 반응, 환성산소를 발생시켜 제균을 유도하는 20nm 크기의 나노 로봇을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 황색포도상구균에 감염된 동물 대식세포 배양액에 나노 로봇을 투여하고 전류를 흘리자, 세균 세포벽에 붙은 나노 로봇이 반응하고 활성산소를 발생시켜 세포막을 파괴하는 것을 현미경을 통해 확인했다고 전했다. 쉽게 말해 동물세포에는 붙지 않고 세균에만 붙어 전류가 흐를 때만 산소를 발생시키는 나노 로봇을 개발했다는 뜻이다. 기존 항생제는 세균이 가진 단백질을 주로 표적 하지만 표적 단백질에 돌연변이를 가지고 있는 세균이 그 과정에서 살아남아 내성균이 발생한다. 하지만 나노 로봇의 활성산소에 의한 세포막 손상은 단순한 유전자 돌연변이에 의해 피해 갈 수 없어 내성균이 발생할 가능성이 낮다.

연구팀은 철나노입자를 실리콘 및 단백질로 코팅하고, 피부미용에도 사용되는 낮은 전기작으로도 나노 로봇을 구동할 수 있도록 해 임상 적용 가능성이 높다고 설명했다. 또한 동물 연구에 실용화되려면 생체에 적합한 소재 및 구동 방법을 최적화 하는 등의 안전성 입증이 필요하다고 전했다.

항생제 내성이란 균이 항생 물질에 압박을 받을 때 돌연변이나 기타 유전자 차원에서 내성을 지닌 극소수가 살아남고, 시간이 지나면서 개체 수가 늘어나면서 항생제 내성균으로 발전하는 현상이다. 항생제 내성은 인류의 생존을 위협하는 10가지 위험요소(스웨덴 GCF 2018년 보고서) 중 하나로 해결책이 필요한 부분이다. 영국의회보고서(O’Neill Report)는 2050년에는 내성균에 의한 사망자가 연간 1천만명에 이를 것이라고 예상하고 있다고 한다. 

그만큼 항생제 내성은 심각한 문제 중 하나로서, 균이 어떠한 항생제에도 반응을 하지 않는 현상이다. 항생제 내성이 나타나면 균에 의한 질병 뿐 아니라 수술 도중 발생하는 감염을 동반한 단순 찰과상도 생명을 위협하는 질병으로 발전할 수 있다. 더욱이 코로나19 감염 치료 과정에서 항생제 내성이 증가할 수 있다는 보고(WHO, 2020)로 항생제 내성균의 심각성이 더욱 커진 현실이다. 내성균 감염을 치료할 수 있는 항생제 개발이 시급한 상황이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오‧의료기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노의학 분야 국제학술지 스몰(Small)에 4월 10일(온라인) 게재되었다.