박찬규 건국대 교수팀, 항생제 대체 신규 항균 펩타이드 8종 발굴
박찬규 건국대 교수팀, 항생제 대체 신규 항균 펩타이드 8종 발굴
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[한국대학신문 조영은 기자] 박찬규 건국대학교 KU융합과학기술원 줄기세포재생공학과 교수팀이 기존 항생제의 대체 물질로 높은 항균력을 가지면서도 독성은 낮은 8건의 신규 항균 펩타이드(AMP; antimicrobial peptide)를 발굴하고 이를 고효율로 발현할 수 있는 유전공학적 대량생산기술을 개발했다.

항균 펩타이드는 동식물을 비롯한 대부분의 생명체들이 감염과 같은 외부 위험으로부터 스스로를 보호하기 위해 사용하는 선천 면역의 일부로 박테리아, 무척추동물, 척추동물, 식물을 포함한 다양한 종에서 그 기능이 보고되고 있다.

박찬규 교수팀은 비단뱀, 벌거숭이두더지쥐, 돼지, 회색짧은꼬리주머니쥐의 게놈을 분석해 높은 항균력과 낮은 포유동물세포 독성을 가지는 8건의 신규 항균 펩타이드를 발굴해 특허를 출원하고 연구 결과를 다수의 국제저명학술지에 발표했다.

또 생명공학적으로 변형된 녹색 형광 단백질(GFP; engineered green fluorescent protein)을 이용해 항균 펩타이드 및 세포독성을 가지는 단백질을 대장균 발현 시스템을 통해 고효율로 발현시킬 수 있는 세계 최고수준의 항균 펩타이드의 유전공학적 대량생산기술을 개발했으며 원천기술 특허를 미국, 유럽 및 중국에 출원했다.

항균 펩타이드는 세균, 곰팡이, 바이러스 등 광범위한 작용범위를 가지고 있으며, 항균 펩타이드의 양전하를 띠는 부분이 음전하(negative charge)를 가지는 박테리아의 세포막과 결합해 세포막에 천공(pore)을 형성, 막투과성(permeability)과 막유동성(fluidity)을 변화시킴으로써 세포를 파괴하는 것으로 알려져 있다. 이러한 특유의 작용기전으로 인해 기존 항생제에 비해 내성 발생율이 현저히 낮아 항생제 내성균 문제를 해결하기 위한 대안으로 연구되고 있다.

항생물질의 발견과 새로운 항생제의 지속적인 개발로 모든 세균 감염증이 치료되는 시대가 올 것이라는 기대와는 달리, 의료 및 동물산업 분야에서의 항생제 사용의 증가에 따라 항생제로부터 자신을 보호하기 위해 스스로를 변형시켜 항생제에 저항성을 가지는 항생제 내성균이 점차 늘고 있다. 세계동물보건기구(OIE)에 따르면 2050년에 전 세계에서 1000만 명이 항생제 내성으로 사망할 것으로 예측되고 있다. 이 같은 항생제 내성 문제는 어느 한 나라에만 국한된 것이 아니라 모든 인류에게 재앙이 될 수 있기 때문에 최근 세계보건기구(WHO)와 유엔에서는 신종 감염병 못지않게 중요한 보건 문제로 인식하고 모든 나라가 적극적으로 대처하도록 요구하고 있다.

벌거숭이두더지쥐의 항균 펩타이드를 대장균에 처리한 후의 전자현미경 사진. A, 대조군, B, 항균펩타이드 처리군. 처리군의 경우 대장균 세포막에 천공이 발생하여 대장균이 사멸됨
벌거숭이두더지쥐의 항균 펩타이드를 대장균에 처리한 후의 전자현미경 사진.
A, 대조군, B, 항균펩타이드 처리군. 처리군의 경우 대장균 세포막에 천공이 발생해 대장균이 사멸됨.

이번 연구를 통해 발굴된 항균 펩타이드는 기존의 항생제 내성 문제 극복 및 면역기능조절을 통한 치료효과 향상을 위한 천연 소재 후보물질로 국민 건강과 보건 및 동물 산업에 기여할 것으로 기대된다.

박 교수 연구팀은 농림수산식품기술기획평가원(IPET)의 지원으로 면역유전체 및 미생물 분야 융합 연구로 기존 항생제의 대체 물질로 중요하게 대두되고 있는 항균 펩타이드 (antimicrobial peptide, AMP)의 발굴 연구를 진행해왔다.

이번 연구결과는 <국제저널 사이언티픽 리포트(Scientific Reports, 2019년 8월, 논문번호 11569)>에 ‘Protegrin-1 cytotoxicity towards mammalian cells positively correlates with the magnitude of conformational changes of the unfolded form upon cell interaction’라는 제목으로 발표됐다.

 


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