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합성생물학을 활용한 항생제 개발 연구 동향

합성생물학 동향

◈ 목차

• 1. 서론

• 2. 새로운 항생제 발견을 위한 전략

• 
  

• 3. 잠재적 생합성 유전자군(Cryptic BGCs) 활성화를 통한 새로운 항생제 발견

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• 4. 항생제 생산량 증진 전략

• 5. 항생제의 다양화

• 6. Conclusion

◈본문

1. 서론

 항생제의 오남용은 병원균의 빠른 진화를 촉진시켜 다제내성균(MDR pathogen)의 등장을 초래하였다. 2019년에는 전 세계적으로 약 500만 명이 항생제 내성균으로 인해 사망한 것으로 보고되었으며, 이는 새로운 항생제 개발의 시급성을 부각시키고 있다[1]. 그러나 병원균의 빠른 진화 속도에 비해 항생제의 개발 속도가 미처 따라가지 못하고 있으며, 이에 따라 제약회사의 연구개발(R&D) 투자도 점차 감소하고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 신속한 항생제 발굴, 개발, 생산을 위한 연구는 필수적이며 현재 활발히 진행되고 있다.

이미 잘 알려진 바와 같이 최초의 항생제는 알렉산더 플레밍(Alexander Fleming)이 Penicillium notatum에서 발견한 페니실린(penicillin)으로, 제2차 세계대전 당시 많은 환자의 사망률을 크게 낮추는 데 기여하였다. 항생제의 중요성이 사회적으로 인정받은 이후, 다양한 항생제 개발이 활발히 이루어졌으며, 항생 활성을 지닌 대부분의 물질이 이 시기에 발견되었다[2]. 이들 물질은 주로 Actinomycetes 속에 속하는 방선균에서 생산되며, 실제로 1945년부터 1979년까지의 ‘항생제 개발 황금기(Golden Age of Antibiotics)’ 동안 발견된 항생제의 약 55%가 방선균에서 유래한 것으로 보고되었다[3,4,5].

방선균은 다수의 생합성 유전자 클러스터(Biosynthetic Gene Cluster, BGC)를 보유하고 있어 다양한 2차 대사산물 생산의 잠재력을 지닌다. 특히, 방선균의 대표적인 2차 대사산물인 폴리케타이드(Polyketide)는 폴리케타이드 합성효소(Polyketide synthase, PKS)에 의해 합성되며, 많은 종류의 항생제를 포함하고 있다. 그러나 방선균은 유전자 조작이 어렵고 배양 조건이 까다로워 산업적 생산에 있어 생산성과 수율이 낮다는 한계가 있다[6]. 따라서 방선균뿐만 아니라 다양한 박테리아에서 2차 대사산물 속 항생물질을 발견하고, 이를 생산하는 전략은 굉장히 중요하다.