마스터메디텍, 내성 슈퍼박테리아 퇴치할 수 있는 원리 밝혀

새로운 병원균 자살 메커니즘의 규명

㈜마스터메디텍 이봉진 대표(現 아주대 약학대학 학장)는 마스터메디텍, 김도희 교수(숙명여대), 한병우 교수(서울대) 공동 연구팀이 새로운 타입의 독소-항독소 단백질의 3차원 구조를 규명 및 해석해 독소의 다량체 형성에 의한 자가 저해 기전을 규명했으며, 이를 통해 새로운 타입의 독소-항독소 시스템을 제안함과 동시에 항생제 내성 슈퍼박테리아를 박멸할 수 있는 차세대 약물 설계의 기반을 구축했다고 밝혔다.

이봉진 대표

◆ “법정 감염병인 레지오넬라증을 유발하는 레지오넬라균의 신규한 자살 메커니즘을 규명”

최근 항생제 내성균의 내성 문제를 극복할 수 있는 새로운 기전의 항생제 개발은 전 세계적으로 정체된 실정이다. 세계보건기구(WHO)에서는 항생제 내성균의 출현을 세계 보건의 10대 위협 중 하나라 규정한 바 있다. 레지오넬라균은 오염된 식수를 통하여 감염되는 수인성 질환을 유발하는 병원균으로서, 병원 냉각수가 오염된 경우 병원획득폐렴 (hospital-acquired pneumonia, HAP)의 중요한 원인이다.

연구팀은 그람 음성균인 레지오넬라균 유래의 독소 단백질인 HEPN의 3가지 구조(이량체, 사량체 및 AMPylated 된 사량체), 항독소 단백질인 MNT, 독소-항독소 결합체 단백질인 HEPN-MNT의 3차원 구조를 X선-결정학법을 이용해 결정하는데 성공했다. 이 과정에서 독소단백질 HEPN이 이량체에서 사량체가 되면, 활성 부위를 가리는 독특한 작용을 이용해 스스로 활성을 조절함을 확인했고, 항독소인 MNT는 번역 후 가공 과정으로 HEPN에 ATP를 전달하며 이를 통해 활성 부위와 RNA 간의 결합에 입체 장애를 유발할 수 있음을 밝혀냈다.

또한, 생물리학적 분석을 시행해 독소단백질의 활성화 부위를 확인하고, 독소단백질이 병원균의 리보솜 RNA(rRNA)를 비롯한 여러 RNA를 분해하는 것을 밝혔으며 세포 수준에서 이를 검증하였다. 이에 기존에 알려진 독소-항독소 시스템과는 차별화된, 새로운 기전의 독소-항독소 시스템을 규명했으며 독소-항독소 결합을 방해해 병원균들이 자살하도록 유도할 수 있는 신개념 항생제의 토대를 구축했다.

◆ “구조기반 약물설계법을 이용하면 빠른 약물 개발 가능”

최근 발생한 코로나 바이러스로 인해 호흡기 감염병과 그 치료제에 대한 사회적 관심이 집중되어 있다. 코로나 바이러스에 감염된 환자는 세균에 의한 2차 감염에 취약하며 입원 환자의 경우 항생제 내성균에 의한 감염 발생 가능성이 높다. 따라서 현 사회적 상황을 고려할 때, 호흡기 감염병에 대한 항생제 내성을 극복하기 위한 새로운 기전의 항생제 개발이 필수적이다.

이봉진 대표는 “본 연구팀의 결과물을 활용하여 구조기반 약물 설계법(Structure-based drug discovery)을 통해 약물을 빠르게 개발할 수 있다. 다제 내성을 가진 그람음성균을 비롯해 다양한 병원균에 대처할 수 있는 약물 설계의 실마리가 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구의 성과는 세계 최고 권위 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션(Nature communications)’에 게재됐다.