바이오인

미세먼지 속 세균이 호흡기 질병을 일으키는 기전 규명

- 미세먼지에 있는 감염병 세균(슈도모나스 스투체리)이 호흡기 감염의 위험을 증가시키는 기전 확인

- 미세먼지 내 감염병 세균에 의한 호흡기 질환 치료와 유해 세균 제어 기술 개발 기여 기대

□ 국내 연구진이 미세먼지에 의한 호흡기 감염 위험성을 밝혀내었다.

□ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 환경질환연구센터 이무승 박사 연구팀은 미세먼지에 있는 병원성 미생물이 호흡기 손상 위험을 높이는 기전을 규명하였다고 밝혔다.

ㅇ 이를 통해 향후 미세먼지 내 감염병 세균에 의한 호흡기 질환 치료와 유해 세균 증식을 제어기술 개발에 기여할 것으로 기대되고 있다.

□ 중국에서 불어닥친 황사 등으로 겨울철 미세먼지가 전국을 뒤덮는 일이 잦아지고 있다. 미세먼지는 10㎛(마이크로미터) 이하의 대기 중에 떠다니며 눈에 보이지 않을 정도로 작은 먼지를 말한다.

ㅇ 미세먼지는 각종 화합물과 유기물로 이루어진 복합체로 바이러스, 세균, 곰팡이와 같은 병원성 미생물도 다수 포함되어 있으며, 호흡을 통해 폐로 들어온 세균성 병원체들은 감염을 일으킬 위험이 있다.

□ 미세먼지가 인체에 미치는 영향에 관한 연구는 여러 분야에서 진행되고 있지만, 미세먼지에 포함된 세균에 의한 감염에 관한 연구는 미미한 수준이다.

□ 연구팀은 미세먼지에 포함되어 있는 병원성 세균인 슈도모나스 스투체리(Pseudomonas stutzeri)가 호흡기 손상을 일으키는 기전을 최초로 규명하였다.

ㅇ 슈도모나스 스투체리는 토양을 비롯한 다양한 환경에 널리 분포된 세균으로 신체의 기능이 저하되면 수막염, 폐렴, 관절염을 비롯한 여러 감염병을 일으킬 수 있다.

ㅇ 연구팀은 동물모델을 통해 미세먼지에 노출되어 폐의 면역 기능이 떨어지면 슈도모나스 스투체리에 의한 감염이 증가하여 폐 손상이 촉진됨을 밝혀내었다.

ㅇ 특히, 미세먼지에서 분리한 슈도모나스 스투체리는 실험실에서 배양된 표준 균주보다 강한 염증반응을 일으켜 보다 심각한 폐 손상을 유도한다는 사실을 확인하였다.

□ 나아가 연구팀은 슈도모나스 스투체리 제어에 효과적인 단백질도 발견하였다.

ㅇ 선천성 면역에 관여하는 톨 유사 수용체(Toll-like receptor, TLR)라는 단백질이 항생물질인 베타-디펜신 3(β-defensin 3)를 생성하여 슈도모나스 스투체리를 제어할 수 있다는 것이다.

□ 연구책임자인 이무승 박사는 “이번 연구 성과는 미세먼지에 포함된 세균의 유해성을 최초로 밝힌 것으로 미세먼지의 노출에 의한 호흡기 손상의 원인을 밝히고 이를 제어하는데 중요한 실마리를 제공할 수 있을 것이다.”라며,

ㅇ “앞으로 후속연구를 통해 미세먼지에 포함된 세균 및 바이러스와 같은 다양한 유해성 인자를 조사할 것”이라고 밝혔다.

□ 한편 이번 연구는 1월 15일에 발행된 환경 분야의 세계적 저널인 Environmental Pollution(IF 9.988) 최신 호에 게재되었으며,

(논문명 : Pseudomonas stutzeri PM101005 inhaled with atmospheric particulate matter induces lung damage through inflammatory responses / 교신저자 : 이무승 박사 / 제1저자 : 정유진·김창웅 박사 )

ㅇ 과기정통부 개인기초중견연구자지원사업 및 원천기술개발사업, 농진청 농업과학기술개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.

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□ 연구배경

○ 대기오염이 인간 건강에 미치는 영향은 오랫동안 중요한 문제로 인식되고 있다. 다양한 대기오염 물질 중에서 미세먼지는 세계보건기구(WHO)에서 지정한 1군 발암물질로 질병률과 사망률을 증가시킨다고 보고되었다. 미세먼지는 다양한 크기와 모양의 화학적 및 생물학적 요소의 복잡한 혼합물로 박테리아, 진핵생물, 고세균 및 바이러스를 포함한 여러 미생물도 포함되어 있다. 호흡을 통해 흡입된 미세먼지의 대부분은 토양 관련 및 비병원성이지만 Streptococcus pneumoniae , Aspergillus fumigatus 및 adenovirus C 와 같은 일부 미생물은 병원성이 있어 알레르기 및 호흡기 질환을 유발한다.

○ 미세먼지에 존재하는 미생물 군집에 관한 대부분의 연구는 주로 분리주 식별을 포함하여 분류학 중심으로 초점을 맞추고 있다. 역학연구를 통해 미세먼지 노출과 병원성 미생물에 의한 호흡기 감염 사이에 강한 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나 미세먼지에 존재하는 세균의 특성과 발병기전에 대한 연구는 제한적이어서 추가적인 연구가 필요하다.

○ 슈도모나스 스투체리는 토양과 다양한 곳에서 존재하는 비형광 탈질세균으로 기회 감염을 유도하거나 임상적 검체에서 분리된다고 보고되어있다. 그러나 실제 미세먼지에서 분리된 P. stutzeri PM101005 (PMPS)의 특성 및 병원성에 대한 연구는 아직 밝혀지지 않았다.

□ 연구내용

○ 본 연구팀은 미세먼지에서 분리된 슈도모나스 스투체리의 특성을 분석하고 감염에 대한 숙주의 선천성 면역리셉터를 통해 염증반응과 폐 손상을 유도한다는 것을 최초로 밝혔다.

○ 폐 상피세포 및 대식세포에 감염된 미세먼지에서 분리된 슈도모나스 스투체리는 표준 균주 (ATCC 17588) 보다 더 강한 염증 반응을 유도하였고 생쥐 모델을 이용한 결과에서도 더욱 심각한 폐 손상을 유도하는 것을 확인하였다. 이러한 세균 감염에 의한 폐 손상이 미세먼지의 노출에 의해서 더욱 증가되는 것을 확인함으로 미세먼지에 의한 세균 감염에 대한 유해성을 규명하였다.

○ 또한, 미세먼지에서 분리된 슈도모나스 스투체리에 대한 숙주의 면역 반응을 확인하기 위해서 톨 유사 수용체 결핍 마우스를 이용한 결과를 통해 염증 반응 및 항균 펩타이드 생성에 관한 기전을 밝혔다.

○ 즉, 본 연구의 성과는 미세먼지 유래 슈도모나스 스투체리의 감염이 염증 반응을 유도하고 미세먼지 흡입으로 인한 폐 손상의 원인이 세균 감염에 의한 가능성을 제시한다.

□ 연구성과의 의미

○ 미세먼지 유래 세균의 특성 규명: 미세먼지 유래 세균의 유해성을 밝힘으로써 미세먼지 유래 병원성 인자의 감염병 치료제 개발의 기반 자료로 활용 기대

- 본 연구에서 최초로 미세먼지에서 분리된 세균을 이용해 폐 손상의 원인을 밝혀 미세먼지에 의한 병인기전을 이해하는데 폭넓게 활용될 수 있는 기초 연구 결과라고 사료된다. 이를 바탕으로 미세먼지가 인체에 끼치는 영향에 대한 기초자료로 제공하고 그에 따른 관리방안 마련에 활용될 것으로 기대된다.

○ 미세먼지 유래 세균에 대한 항생제 대체제로서 항균 펩타이드 후보군 제시: 미세먼지 유래 슈도모나스 스투체리 감염에 대한 숙주 세포에서 발현되는 항균 펩타이드 스크리닝을 통해 제시된 후보물질로서 활용 기대

- 본 연구 수행 결과에서 미세먼지 세균에 감염에 대한 항균 펩타이드 스크리닝 및 효능 평가를 실행하고 후보 물질을 제시했다. 항균 펩타이드는 항생제 내성 문제를 해결할 수 있는 항생제 대체제로 이용 할 수 있는 강력한 항균 물질이며 다양한 감염 질병을 예방할 수 있는 치료제 기술 개발의 가능성을 제시하고 있다.

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