KAIST, 슈퍼박테리아 '방패' 무력화 할 '창' 개발

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 '미세방울'을 이용해 슈퍼박테리아의 미생물막 '바이오필름'을 무너뜨리는 기술을 개발했다.

슈퍼박테리아 '메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)'은 높은 항생제 내성뿐 아니라 바이오필름을 형성, 외부 치료제를 차단하는데, 이를 무력화한 것이다.

KAIST는 정현정 생명과학과 교수팀이 공현준 미국 일리노이대 교수팀과 공동연구로, 유전자 억제제를 세균 내에 정확하게 전달하는 미세방울 기반 나노-유전자 전달 플랫폼(BTN-MB)를 개발했다고 29일 밝혔다.

연구팀은 바이오필름 형성, 세포 분열, 항생제 내성 역할을 하는 포도상구균 주요 유전자 3종을 동시 억제하는 짧은 DNA 조각을 설계하고, 이를 탑재해 균내로 효과적으로 전달할 수 있는 나노입자(BTN)를 고안했다.

또 미세방울(MB)을 사용해 바이오필름 투과성을 높였다. 두 가지 기술을 병용해, 세균 증식과 내성 획득을 원천 차단하는 이중 타격 전략을 구현했다.

슈퍼박테리아 표적 유전자 치료제 작동원리 모식도

이 치료 시스템은 두 단계로 작동한다. 먼저, 미세방울이 포도상구균이 형성한 세균성 생체막내 압력 변화로(BTN 침투를 가능하게 만든다. 이어 BTN이 생체막의 틈을 타 세균 내부로 침투해 유전자 억제제를 정확하게 전달한다. 이를 통해 포도상구균 유전자 조절을 일으켜 생체막 재형성, 세포 증식, 그리고 항생제 내성 발현이 동시에 차단된다.

돼지 피부 감염 생체막 모델과 포도상구균 감염 마우스 상처 모델에서 시행한 실험 결과, BTN-MB 치료군은 생체막 두께가 크게 감소했으며, 세균 수와 염증 반응도 현저히 줄어들었다.

이는 기존 항생제 단독 치료로는 달성하기 어려운 수준이며, 향후 다양한 내성균 감염 치료에도 적용할 수 있는 가능성을 보여준다.

정현정 교수는 “이번 연구는 기존 항생제로는 해결할 수 없는 슈퍼박테리아 감염에 대해 나노기술, 유전자 억제, 물리적 접근법을 융합해 새로운 치료 해법을 제시한 것”이라며, “향후 전신 적용 및 다양한 감염 질환으로의 확장을 목표로 연구를 지속할 것”이라고 설명했다.

해당 연구는 KAIST 생명과학과 정주연 학생과 일리노이대 안유진 박사가 제1 저자로 참여했으며, 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스에 19일 자 온라인 게재됐다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 보건복지부의 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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