[서울신문 나우뉴스]
심셀과 미니심셀이 다제 내성 대장균 (D-AMR E. coli)를 파괴하는 메커니즘. AI 생성 과학 일러스트
항생제 내성균은 현재 인류를 위협하는 가장 심각한 보건 문제다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 항생제 내성균과 관련된 직접적인 사망자는 연간 100만명을 넘어섰으며, 관련 사망자는 500만명에 육박하고 있다. 전문가들은 고령화와 만성 질환자의 증가로 감염 취약 계층이 늘어나는 반면, 새로운 항생제 개발 속도가 세균의 진화 속도를 따라잡지 못하면서 2050년에는 연간 사망자가 1000만명에 이를 수 있다고 경고한다. 이러한 위기 속에서 과학자들은 단순히 새로운 약물을 찾는 것을 넘어, 아예 다른 차원의 치료법을 모색하고 있다.
영국 옥스퍼드 대학교 연구팀은 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 ‘세균으로 세균을 잡는’ 이이제이(以夷制夷) 방식의 새로운 기술을 발표했다. 연구팀은 자연계의 세균들이 생존을 위해 서로를 공격하는 특성에 주목해, 항생제 내성균을 직접 사냥하는 유전자 조작 세포를 개발했다. 세균은 끊임없는 진화적 군비 경쟁을 통해 발전하기 때문에, 정체된 화학물질인 일반 항생제보다 미래의 내성균 등장에 훨씬 유연하게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
연구팀이 개발한 핵심 기술은 ‘심셀’(SimCells)이라 불리는 인공 세포다. 이는 대장균에서 복제에 필요한 핵심 DNA를 제거하여 번식 능력을 없앤 상태로, 다른 세균에 대한 살상력만 유지하도록 설계됐다. 스스로 증식할 수 없기 때문에 치료 과정에서 또 다른 감염을 일으킬 우려가 없다. 연구팀은 여기서 더 나아가 정상 세포보다 훨씬 작은 파편 형태인 ‘미니 심셀’(mini SimCell)까지 제작했다. 이 파편들은 세포로서의 기능은 수행하지 못할 정도로 작지만, 목표 세균을 죽이는 파괴력만큼은 온전히 보존하고 있다. 이에 따라 더 많은 수의 살상 세포를 만들 수 있어 더 효과적인 치료 효과를 기대할 수 있다.
이 인공 세포들이 무차별적으로 우리 몸의 세포를 공격하지 않도록 연구팀은 특정 병원체에만 결합하는 ‘나노항체’를 부착해 일종의 ‘스마트 폭탄’으로 만들었다. 심셀이 목표물에 달라붙으면 ‘6형 분비 시스템’(T6SS)이라는 미세 주사기 구조가 작동하여 독성 단백질을 내성균 내부로 직접 주입한다. 또한 효소를 이용해 아스피린을 카테콜로 변환하고, 이 과정에서 발생하는 과산화수소를 통해 2차적인 살균 효과를 나타내는 이중 공격 메커니즘도 갖추고 있다.
실제 다제 내성 대장균 균주를 대상으로 진행한 테스트에서 그 효능이 입증됐다. 크기가 큰 심셀은 투여 후 24시간 이내에 목표 세균의 94.00% 이상을 제거했으며, 미니 심셀은 48시간 이내에 목표 균주의 97.00% 이상을 박멸하는 성과를 거뒀다. 기존 항생제와는 완전히 다른 물리적·화학적 방식으로 공격하기 때문에 기존 항생제에 내성을 가진 ‘슈퍼 박테리아’들에게 효과적이다. 특히 나노항체만 교체하면 타깃이 되는 세균을 손쉽게 바꿀 수 있다는 점 역시 장점이다.
다만 이 기술이 실제 임상에 적용되기 위해서는 몇 가지 극복해야 할 문제점들이 있다. 예를 들어 심셀 자체가 세균 기반의 구조물인 만큼 인체 면역 세포가 이를 침입자로 간주하여 면역 반응을 일으킬 가능성이 있다. 따라서 초기 단계에서는 전신 투여보다 상처 부위나 특정 감염 부위에 국소적으로 사용하는 방식이 유망할 것으로 보인다. 적군인 세균을 우리 편으로 포섭해 싸우게 하는 새로운 시도가 의미 있는 성과를 내놓을 수 있을지 결과가 주목된다.