슈퍼박테리아 '바이오필름' 무력화 혁신적 치료 플랫폼 개발

슈퍼박테리아 메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)의 바이오필름을 무력화하는 혁신적 치료 플랫폼이 개발됐다.

병원 내 감염의 주요 원인 중 하나인 MRSA는 기존 항생제에 대한 높은 내성뿐 아니라 강력한 미생물막인 바이오필름(biofilm)을 형성함으로써 외부 치료제를 차단한다.

정현정 KAIST 생명과학과 교수공현준 미국 일리노이대 교수 공동연구팀이 미세방울(microbubble)을 이용 유전자 표적 나노입자를 전달해 바이오필름을 무너뜨리고 기존 항생제가 듣지 않는 감염증에 대한 혁신적 해결책을 제시하는 플랫폼 개발에 성공했다고 29일 밝혔다. MRSA가 형성한 세균성 바이오필름을 효과적으로 제거하기 위해 유전자 억제제를 세균 내부로 정확하게 전달하는 미세방울 기반 나노-유전자 전달 플랫폼(BTN-MB)이다.

연구팀은 먼저, MRSA의 주요 유전자 3종바이오필름 형성(icaA), 세포 분열(ftsZ), 항생제 내성(mecA)을 동시에 억제하는 짧은 DNA 조각(oligonucleotide)을 설계하고, 이를 탑재해 균내로 효과적으로 전달할 수 있는 나노입자(BTN)를 고안했다. 이에 더해, 미세방울(microbubbleMB)을 사용해 MRSA가 형성한 바이오필름인 미생물막의 투과성을 높였으며, 이 두 가지 기술을 병용해 세균의 증식과 내성 획득을 원천적으로 차단하는 이중 타격 전략을 구현했다.

이 치료 시스템은 두 단계로 작동한다. 미세방울(MB)이 MRSA가 형성한 세균성 생체막내 압력 변화로 나노입자(BTN)의 침투를 가능하게 만들고, 이어서 BTN이 생체막의 틈을 타 세균 내부로 침투해 유전자 억제제를 정확하게 전달한다. 이를 통해 포도상구균의 유전자 조절을 일으켜 생체막 재형성, 세포 증식, 항생제 내성 발현이 동시에 차단된다.

돼지 피부 감염 생체막 모델과 MRSA 감염 마우스 상처 모델 대상 실험 결과, BTN-MB 치료군은 생체막 두께가 크게 감소했으며, 세균 수와 염증 반응도 현저히 줄어드는 뛰어난 치료 효과를 확인했다.

이 결과는 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 새 치료 해법을 제시한 것이라며, 향후 전신 적용 및 다양한 감염 질환으로의 확장을 목표로 연구를 지속할 것이라고 설명했다.

이 연구논문은 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials) 5월 19일자 온라인판에 게재됐다. 논문제목 Microbubble-Controlled Delivery of Biofilm-Targeting Nanoparticles to Treat MRSA Infection.