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항생제 없이도 병원균 감염 억제 가능해질까?

윤상선 연세대 교수, '콜레라균 대항' 생쥐 장내 미생물종 규명
감염 억제 기전 규명, 감염 치료용 프로바이오틱스 개발 연구 기대
'제2의 뇌'라고도 불릴 만큼 인체 생리 현상에 중요한 역할을 하는 '장내미생물균총'(마이크로바이옴)은 여러 미생물종들의 군집을 의미한다. 하지만 장내미생물균총은 항생제 복용, 급격한 다이어트 등 외부적 요인에 의해 언제든 균형이 깨질 수 있다. 이에 인간의 생체 기능을 저하시키는 원인으로 작용해 장내미생물균총에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

장내미생물균총의 분포가 병원성 세균의 감염 저항성에 영향을 미칠 수 있다는 가설은 오래전 제시됐지만, 어떤 균주가 감염 억제 기능이 있는지는 알려지지 않았다. 최근 국내 연구진이 항생제와는 별개로 공생 미생물을 활용해 병원균 감염을 억제하는 기전을 규명했다. 한국연구재단(이사장 노정혜)은 윤상선 연세대 교수 연구팀이 생쥐에서 콜레라균에 저항하는 장내 미생물 균주를 찾아내고, 이 균주에 의한 감염 억제 기전을 규명했다고 6일 밝혔다. 

정상적인 장내미생물균총을 가진 사람은 병원성 미생물(인간에게 질병을 나타내는 세균 총칭)에 감염이 되더라도 장내 미생물에 의한 면역작용, 대사 산물의 영향을 받아 감염이 일어나지 않게 된다. 장내 미생물은 유해한 세균에 대해 저항성을 갖게 해주는 역할을 한다. 대표적인 병원성 미생물로 알려진 콜레라균(Vibrio cholerae)은 인간에게서는 감염이 잘 일어나지만, 동물모델로 생쥐에서 감염이 일어나지 않는 것으로 알려졌다. 

연구진은 사람과 달리 콜레라균에 잘 감염되지 않는 정상 생쥐에 클린다마이신이라는 항생제를 처리하면 생쥐가 콜레라균에 취약해지는 것에 주목했다. 클리다마이신에 의해 생쥐의 장에서 박테로이데테스에 속하는 미생물 종들이 사라지는 것을 통해 이러한 미생물 균총의 변화와 콜레라균 감염과의 상관관계를 알아냈다. 

연구진은 이를 검증하기 위해 장내 미생물이 존재하지 않는 무균 생쥐에 박테로이데스 불가투스를 이식하고 콜레라균에 노출시킨 결과 훨씬 더 높은 감염 저항성을 보이는 것을 확인했다. 또 박테로이데스 불가투스가 정상적으로 존재하는 생쥐의 장에는 짧은 길이의 지방산이 많았으나, 클린다마이신에 의해 이 미생물 종이 사라지면 콜레라균이 에너지원으로 활용할 수 있는 여러 영양소가 높은 농도로 존재하고 있음을 검증했다. 

짧은 길이의 지방산은 콜레라균의 증식을 억제하는 것으로 확인했다. 장내 미생물균총의 변화는 곧 미생물이 만드는 대사체의 변화로 이어지고, 이것이 침입하는 병원성 세균을 상대하는 숙주의 감염 저항성을 결정하는 주요 인자가 된다는 것을 의미한다. 공생 미생물을 활용해 항생제에 의존적이지 않은 감염 치료 전략을 수립할 근거를 제시한 것으로 향후 감염 치료용 프로바이오틱스 개발 연구로 이어질 것으로 기대된다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 미생물 분야 국제학술지인 '마이크로바이옴'에 게재됐다.
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