[KRIBB 워킹그룹] 휴면세균 치료기술 연구동향

2024년도 KRIBB 워킹그룹 이슈페이퍼 제10호

◈ 목차

◈본문

1. 개요

■휴면세균(Bacterial persister)이란?
○돌연변이 또는 내성 유전자 획득을 통해 항생제 내성이 유발되는 것과는 다르게 유전자 변화 없이도 스트레스 반응에 대응하여 항생제 저항성 표현형을 나타내는 개별 세균 개체
-︎1942년 Hobby 등이 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에서 최초로 항생제 내성은 없지만, 항생제 처리에도 살아남는 표현형(phenotype)을 가진 개체 발견
-︎실험에 사용된 S. aureus는 페니실린 항생제에 감수성이었지만, 균주 내의 약 1% 내외 개체가 페니실린에 의해 사멸하지 않아 이를 휴면세포(persister cell)로 칭하고, 이러한 저항성 개체를 포함하는 균주의 표현형을 휴면(persistence)이라고 정의함
-︎이러한 저항성은 유전적 변화(genetic change)에 의하지 않는다는 점에서 항생제 내성과는 다르며, 공급되는 영양의 제한, 항생제 등 외부로부터의 스트레스에 의해 군집이 일시적인 저성장 상태에 이르면서 일부가 저항성 개체로 전환됨(그림 1)
-︎이후 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Lactobacillus acidophilus, Gardnerella vaginalis 등 다양한 속에 걸친 세균들에서 휴면 표현형이 보고되었음

출처 : 휴면세균 기전연구를 통한 제어기술 개발, 2023

[그림 1] 항생제 저항성 휴면세균

-︎후속 연구를 통하여 이러한 항생제 저항성은 세균의 휴면상태에 의해서 발생한다는 것이 밝혀졌지만, 그 분자 기전은 아직까지 확실하지 않음
-︎항생제 저항성 이외에도 VBNC(viable but non-cultureable)와 같이 휴면상태에 의해 나타나는 다른 표현형도 존재하고 있음
■휴면세균 유발 요인
○휴면세균들은 영양소 결핍, 산화 또는 산 스트레스와 같은 환경적 요인에 대한 반응으로 확률적으로 내성균보다 더 빈번하게 발생하며 모든 박테리아의 약 1%가 휴면 세균을 형성한다고 알려져 있음
-︎대사 정지로 인해 항생제 영향을 받지 않으며, 항생제와 같은 스트레스 요인이 제거된 후 정상적인 성장을 재개하여 재감염을 발생시키는 만성 감염의 주요 원인이 됨(그림2)

출처 : 휴면세균 기전연구를 통한 제어기술 개발, 2023

[그림 2] 항생제 처리에 따른 다양한 표현형의 세균 출현

-︎전체 60% 이상의 항생제가 천연물로 분류가 될 만큼 자연계에서 항생제가 생명체들의 생존 경쟁에 지속적으로 사용되어 왔으며, 이에 따라 세균이 다양한 저항 기작을 획득하게 됨
-︎이러한 항생제들은 세균 복제, 전사, 번역 등 생명체의 중심원리(central dogma)를 억제하거나 엽산 합성, 세균벽 합성 등 세포 성장의 필수 기전을 억제함으로써 세균을 사멸시킴. 즉, 활성화된 세균(activated cells, actively growing cells)만을 사멸시킬 수 있는 특성을 보임
-︎따라서 세균이 위와 같은 세포 생장에 필수적인 작업이 필요 없는 상태에서는 항생제 처리에도 살아남을 수 있다는 의미이며, 휴면세균들은 세균 성장 및 대사가 억제(depressed)되어 있는 상태이기에, 항생제가 처리되어 필수 기전들을 억제함에도 불구하고 생존할 수 있음

...................(계속)

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