금 나노입자로 항생제의 효과를 증폭시키는 방법을 개발

세계적으로 문제가 되고 있는 '항생물질 내성균'을 대상으로 새롭게 금의 미립자를 이용해 세균의 증식을 저해하는데 필요한 항생물질의 양을 128분의 1로까지 낮추었다는 연구결과가 발표되었습니다.

Controlling the pyridinium–zwitterionic ligand ratio on atomically precise gold nanoclusters allowing for eradicating Gram-positive drug-resistant bacteria and retaining biocompatibility - Chemical Science (RSC Publishing)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/SC/D1SC03056F

Controlling the pyridinium–zwitterionic ligand ratio on atomically precise gold nanoclusters allowing for eradicating Gram-pos

Going for gold to reduce antibiotic resistance
https://phys.org/news/2021-11-gold-antibiotic-resistance.html

Going for gold to reduce antibiotic resistance

박테리아(세균)에는 다양한 종류가 있으며, 유산균과 같이 인류에게 유익한 것도 있고 병원성 대장균과 같이 유해한 것도 존재합니다. 인류는 유해한 세균의 발육을 막는 '항생물질'을 개발했지만 세균도 그에 맞서 진화의 힘으로 항생물질에 대한 내성을 획득했습니다. 이렇게 인류와 세균은 서로의 생존을 둘러싸고 다람쥐 쳇바퀴식 경쟁을 계속하고 있습니다.

항생제 효과가 없는 박테리아를 '슈퍼버그'라 부르며 어떻게 탄생하는지 그리고 얼마나 무서운지에 대해서는 아래의 글에서 상세하게 설명하고 있습니다.

항생제가 듣지 않는 슈퍼버그가 얼마나 무서운 존재인지 이해를 돕는 동영상 'The Antibiotic Apocalypse Explained'
https://perfectmoment.tistory.com/m/2257

항생제가 듣지 않는 슈퍼버그가 얼마나 무서운 존재인지 이해를 돕는 동영상 'The Antibiotic Apocalyps

세균이 항생제에 대한 내성을 가지면 의료비가 증가하거나 치사율이 상승하는 등 중대한 위해가 발생하기 때문에 세계보건기구가 "항생제에 대한 내성은 오늘날의 삶의 향상에 대한 최대의 위협"이라고 발표할 정도로 긴급한 과제입니다. 이러한 항생물질 내성균에 대해 항균작용을 가진 금을 이용한 연구를 영국의 리즈대학과 중국의 남방과기대학·복단대학의 합동연구팀이 발표했습니다.

연구팀이 발표한 연구결과는 25개의 금원자로 구성된 나노입자로 세균의 세포벽을 파괴한다는 것으로 이전부터 특정 금 나노입자가 나타내는 항균작용이 연구자들 사이에서 주목을 받아왔는데, 기존 연구에서는 '세균에 대한 효과가 있을수록 인체에도 해를 끼친다'는 문제를 해결할 수 없었습니다. 그러나 새롭게 발표된 연구에서는 유해성을 최소화하면서 세균에 대한 효과를 발휘하는 수법이 개발되었다는 것.

연구팀이 주목한 것은 '세균의 세포벽은 포유류의 세포보다 강하게 음으로 대전한다'는 점입니다. 이 점에서 강한 양전하가 세균에 우선적으로 끌릴 수 있다고 생각한 연구팀은 금 나노입자를 양으로 대전한 '리간드'라는 물질로 덮음으로써 세균에 대한 유도효과를 달성했습니다. 그러나 이 상태에서는 건강한 숙주세포에도 양으로 대전된 리간드가 끌려버리기 때문에, 그 위에 한층 더 양음 양쪽으로 대전한 리간드를 한층 더 추가해 각각의 비율을 조절하는 방식으로 세균에 대한 효능을 확보하면서도 금 나노입자가 신장 등 건강한 기관을 통과하여 체외로 배출되기 쉬워졌습니다.

항생물질의 효과가 없는 다제 내성 유전자를 가지는 황색포도상구균의 일종인 '메티실린 내성 표피 포도상구균(MRSE)'을 이용하여 행해진 실험에서는, 개발된 금 나노입자와 항생물질을 조합한 경우에 MRSE의 증식을 억제하는데 필요한 항생제의 양을 128분의 1까지 낮출 수 있었다고 합니다.

이번 논문의 지도교관을 맡은 리즈대학의 Dejian Zhou 교수는 “세균에 유효한 나노재료에 관한 연구는 폭넓게 행해지고 있습니다만, 대부분의 연구는 생체적합성이나 안정적 체외 배출 등 규제당국의 승인을 받기 위한 요소를 경시합니다. 이번 연구는 두 종류의 리간드를 체계적으로 조절해 효율적인 항생제 사용뿐만 아니라 효과가 없어져 버린 항생제의 효과를 증폭시키는 메커니즘으로서 금 나노입자를 활용하는 방법을 확립했다”고 설명합니다.