위협적이고 약제 내성을 지닌 박테리아를 목표로 하는 연구는 인간의 세포에는 영향을 미치지 않으며 병원균을 제거할 수 있는 항생물질을 만들고자 하는 연구자들에게 하나의 도전이 되고 있다.
그림 : 전자현미경으로 본 Staphylococcus aureus의 모습 ⒸNational Institute of Allergy and Infectious Diseases
보스턴대(Boston College) 화학자들로 이루어진 한 연구팀이 치명적인 균주의 표면에서 발견되는 지질을 타깃팅함으로써 건강한 이간의 세포는 놓아두고 박테리아만을 공격하는 “탄두(warhead) “ 분자를 이용하는 새로운 전략을 개발하는데 성공했다. 이들의 연구결과는 오늘 저명한 과학 저널인 Nature Communications 지에 게재되었다.
연구와 관련해 이번 연구를 이끈 보스턴대 화학과의 Jianmin Gao 교수는 “이번 새로운 연구는 연구자들로 하여금 박테리아를 선별적으로 처리해 인간의 정상세포에 피해가 가지 않는 전략을 위해 새로운 개념인 “탄두 분자”를 이용했다고 밝혔다.
그는 또한 “분자들 사이의 전하 대 전하 끌림(charge-to-charge attraction)에 초점을 맞춘 다른 연구와 달리 우리는 박테리아 세포를 타깃팅하기 위해 완전히 다른 메커니즘을 이용하고 있다. 우리는 지질의 공유화학적 특성을 이용했다. 이 방법에서 지질들은 새로운 공유 결합의 형성에 기초해 만들어진 새로운 화학적 구조를 만들기 위해 합성 분자들과 반응한다”고 말했다.
일반적인 항생제에 저항성을 갖는 병원성 박테리아들이 점차 인간들에 위협요인이 되고 있다. 특히 새로운 항생제의 개발을 원하는 의화학 분야의 연구자들은 끊임없이 인간의 신체 내에서 숙주세포와 박테리아 병원균을 구별할 수 있는 새로운 방법을 찾는 연구를 수행하고 있다.
이에 대해 Gao는 “박테리아 세포들은 자신들의 세포막에 서로 다른 형태의 지질을 나타내고 있다고 알려져 있다. 이전의 연구들은 박테리아 세포의 표면에 있는 음전하 지질을 타깃하기 위해 양전하 펩타이드를 이용했다. 하지만 이러한 방법은 공격하는 분자들 간의 전하-전하 끌림에 의해 큰 성공을 거두지 못했다”고 말했다.
이에 연구자들은 박테리아 병원균을 타깃화하기 위해 적당한 분자 탄두로 이용될 수 있는 비천연아미노산(unnatural amino acid)을 개발했다. 연구자들은 이 분자 탄두를 박테리아 표면에 있는 아민-제시 지질-특히 phosphatidylethanolamine (PE)와 lysyl phosphatidylglycerol (Lys-PG) -로 보내 박테리아 세포들을 선택적으로 인지하는데 성공했다.
아민 제시 지질들은 일반적으로 포유류의 세포 표면에서 드물기 때문에 박테리아 세포들을 표지하는데 있어 높은 선택성을 지닐 수 있다. 더구나, 생리학적 환경에서 이미노보론 형성(iminoboronate formation)이 가역적이어서 분자 탄두가 원하지 않는 타깃에 도달하는 경우 스스로 이를 수정할 수 있다는 장점이 존재한다.
이와 관련해 Ga0는 “단기적으로, 우리는 이번 연구가 생물학적 시스템을 이용하려는 다른 연구자들에게 도움을 주기를 바라고 있다. 향후, 우리는 박테리아 감염의 이미징을 위해 이러한 화학적 작용을 이용하기를 원한다. 현재 우리는 이와 관련된 새로운 사실들을 밝혀내기 위해 연구 중에 있다”고 말했다.
그림 : 전자현미경으로 본 Staphylococcus aureus의 모습
