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포식성 박테리아가 병원균이 만드는 ‘생물막(Biofilm)’을 분해할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 만성질환을 유발하는 생물막 제거에 착한 박테리아 ‘벨로’가 새로운 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. UNIST(총장 정무영) 생명과학부 로버트 미첼(Robert J. Mitchell) 교수팀은 포식성 박테리아 벨로(BALO, Bdellovibrio And Like Organism)가 그람양성균*의 생물막을 제거하고 이를 영양분으로 삼는다는 것을 밝혔다. 지금까지 그람음성균**에만 효과가 있다고 알려졌던 벨로의 새로운 생리학적 특성이 규명된 것이다. *그람양성균(Gram Positive Bacillus): 세균은 그람염색을 통해 크게 그람양성균과 그람음성균으로 구분된다. 그람양성균은 그람염색법으로 염색했을 때 보라색을 띠는 세균이다. 대표적인 그람양성균으로는 폐렴균, 포상구균, 연쇄상구균, 탄저균, 나병균, 디프테디라균, 파상풍균 등이 있다. **그람음성균(Gram Negative Bacillus): 그람염색법으로 염색했을 때 붉은색을 띠는 세균이다. 살모넬라균, 이질균, 티푸스균, 대장균, 콜레라균, 임균, 수막염균, 스피로헤타 등이 대표적이다. 벨로는 그람음성균을 잡아먹고 살아가는 박테리아다. 벨로는 우리 몸에 해로운 병원균을 잡아먹으면서도 인체에는 무해하다는 특성을 가져 ‘살아있는 항생제’로 주목 받고 있다. 다만 벨로는 그람양성균은 잡아먹을 수 없다는 한계가 있다. |
미첼 교수팀은 벨로의 특성에 대한 빈틈을 메우고자 그람양성균과 벨로의 상호작용에 대한 연구를 시작했다. 연구진은 대표적 그람양성균인 포도상구균을 이용해 다양한 실험을 진행했다. 그 결과 포식성 박테리아 ‘델로비브리오 박테리오보루스 HD100(Bdellovibrio Bacteriovorus HD100)’가 단백질 분해효소를 통해 포도상구균이 형성한 생물막을 분해하고 이를 영양분으로 삼는다는 것을 발견했다. 이어진 실험에선 이렇게 영양을 확보한 벨로가 전보다 활발하게 그람음성균을 잡아먹는다는 것도 밝혀졌다. 우리 몸에 상처가 생기거나 감염이 진행될 때, 세균들은 집단을 이뤄 생물막을 형성한다. 단백질, 지질 등으로 구성된 생물막은 항생제 내성을 높이고 약효를 막아 만성질환의 원인이 된다. 따라서 감염질환의 효과적인 치료를 위해서는 이 생물막의 제거가 필수적이다. 제1저자인 임한솔 UNIST 박사는 “생물막을 분해하면 항생제 및 약제 효과를 높일 수 있기 때문에 감염질환 치료에 큰 도움이 된다”며 “지금까지 벨로는 그람음성균을 잡아먹는 과정에서 이들의 생물막을 자연스레 제거할 수 있다고 알려져 있었는데, 이번 연구를 통해 그람양성균의 생물막도 제거할 수 있는 것으로 밝혀진 것”이라고 설명했다. 연구진은 그람양성균에 대한 생물막 분해 효과를 검증하면서 감염치료에 있어 벨로의 활용범위가 넓어질 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그람음성균에 대해서는 벨로 자체로 대응하고, 그람양성균에 대해서는 벨로를 통해 생물막을 제거한 뒤 항생제 등을 활용해 치료의 효과를 높이는 것이다. 로버트 미첼 생명과학부 교수는 “박테리아의 생물막은 인체 내 감염뿐만 아니라 물이 흐르는 관이나 수조 등 일상생활에서도 다양하게 발견할 수 있다”며 “벨로의 미생물막 분해 효과를 이용하면 친환경적으로 생물막을 제거할 수 있기 때문에 향후 활용할 분야가 많을 것”이라고 전망했다. 한편 이번 연구는 ‘국제미생물생태학저널(ISME Journal)’에 온라인판에 지난 5월 31일자로 게재됐다. (끝)
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[붙임] 연구결과 개요 |
1. 연구배경포식성 박테리아인 델로비브리오 박테리오보루스 HD100(Bdellovibrio bacteriovorus HD100)은 작은 ‘그람음성균’으로, 다른 그람음성균을 뚫고 들어가 포식하는 방법으로 생존한다. 이 박테리아의 포식성은 그람음성균에 국한되어 있으며, 그람양성균에 대한 포식성은 갖지 않는 것으로 밝혀져 있다. 하지만 자연계에는 다양한 균종들이 공생하며, 그람양성균에 대한 상호작용은 필연적이다. 따라서 본 연구에선 그람양성균의 생체막에 포식성 박테리아가 어떻게 작용을 할 수 있는지 또한 생체막에 대한 분해능은 있는지 알아보고자 연구를 진행했고, 이를 바탕으로 새로운 응용법이나 생태학적 중요성을 밝히고자 했다. 2. 연구내용연구에서는 그람양성균인 포도상구균을 사용해 포식성 박테리아를 처리했다. 그 결과 포도상구균의 생체막이 분해됨을 확인했고, 이는 단백질 분해 효소에 의해 나타남을 검증했다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 어떤 단백질 분해 효소가 중요한 역할을 하는지를 확인해 추후 연구를 진행했다. 연구진은 포도상구균의 생체막에 의한 포식균의 생리학적 변화를 다각도로 살펴 분석해 기작을 밝히고자 했다. 이를 위해 포도상구균을 처리한 조건에서 포식성 박테리아의 RNA 전사체, ATP 양, 배양 후의 포식능 등을 측정해 일반 최소 배지 조건과 비교했다. 그 결과 포식성 박테리아가 그람양성균인 포도상구균의 생체막을 영양분으로 사용해 그들의 생존에 필요한 에너지원으로 이용한다는 것을 확인했다. 포식성 박테리아는 분해된 생체막을 영양분으로 삼아 피포식균이 없는 조건에 비해 포식능을 장기간 유지하며 활발한 생체작용을 보였다. 3. 기대효과본 연구는 포식성 박테리아가 그람양성균의 생체막을 이용한다는 새로운 생태학적 상호작용을 규명했다. 이는 병원성 그람양성균의 생체막을 분해할 수 있음을 확인시켜주는 연구로 의의가 크다. 연구진은 지난 2016년 논문을 통해 포식성 박테리아의 병원균 제독작용을 기대할 수 있음을 확인한 바 있다. 이번 연구는 제독작용에 더해 생체막 분해 효과를 검증한 것으로, 추후 포식성 박테리아의 응용 방법을 연구해나가는 데 있어 좋은 초석 연구가 될 것이다. |
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[붙임] 그림설명 |
 (그림1) 포도상구균의 생체막(녹색점)에 대한 포식성 박테리아의 분해능을 확인한 그림이다. 포식성 박테리아가 처리된 후 생체막이 분해되었음을 확인할 수 있다.  (그림2) 포도상구균의 생체막을 이용하여 포식성 박테리아가 얼마나 많은 단백질 분해 효소를 만드는 지에 대한 결과다. 
(그림3) 포식성 박테리아의 전사체(Transcriptome) 분석 결과. 포도상구균의 생체막 존재 하에 포식성 박테리아의 RNA 전사체를 분리 및 분석한 결과(빨간색 점선)는 이전 실험을 통해 확인한 포식성 박테리아가 영양분을 확보하고 포식활동을 하는 상태(검은색 선, 검은색 점선)의 측정값과 유사한 모습을 보였다. 이는 포식성 박테리아가 포도상구균의 생물막을 영양분으로 사용해 포식활동을 할 수 있다는 것을 보여준다. |
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