연구원들은 급성 폐렴 및 패혈증의 마우스 모델에서 약물 내성 박테리아 감염을 줄이거나 제거하는 동시에 마우스 장에서 건강한 미생물을 보존하는 새로운 항생제를 개발했습니다.
롤아미신(lolamicin)이라고 불리는 이 약은 또한 흔하고 위험한 병원 관련 세균 감염인 클로스트리디오이데스 디피실리(Clostridioides difficile)에 의한 2차 감염을 막았으며, 세포 배양에서 130개 이상의 다제내성 세균 균주에 효과적이었습니다.
"사람들은 우리 모두가 복용하고 있는 항생제, 즉 감염과 싸우고 어떤 경우에는 생명을 구하는 항생제가 우리에게 해로운 영향을 미치고 있다는 것을 깨닫기 시작했습니다"라고 전 박사 과정 학생인 크리스틴 무뇨스와 함께 연구를 이끈 일리노이 대학교 어바나-샴페인 화학 교수 폴 헤르겐로더는 말했습니다.
수많은 연구에 따르면 장내 마이크로바이옴에 대한 항생제 관련 교란은 추가 감염에 대한 취약성을 증가시키고 위장, 신장, 간 및 기타 문제와 관련이 있습니다.
"임상적으로 승인된 대부분의 항생제는 그람 양성 박테리아만 죽이거나 그람 양성 박테리아와 그람 음성 박테리아를 모두 죽입니다."
그람 양성 박테리아와 그람 음성 박테리아는 세포벽의 구성이 다릅니다. 그람 음성 박테리아는 이중 보호막을 가지고 있어 죽이기가 더 어렵다고 Muñoz는 말했습니다.
그람 음성 감염과 싸우는 데 사용할 수 있는 몇 가지 약물은 잠재적으로 유익한 다른 그람 음성 박테리아도 죽입니다. 예를 들어, 임상용으로 승인된 몇 안 되는 그람 음성 전용 항생제 중 하나인 콜리스틴은 C. 디피실 관련 설사와 잠재적으로 생명을 위협하는 합병증인 가성 막성 대장염을 유발할 수 있습니다. 이 약물은 또한 간과 신장에 독성 영향을 미치며, "따라서 콜리스틴은 일반적으로 최후의 수단인 항생제로만 사용된다"고 연구진은 썼습니다.
그람 음성 박테리아를 무차별적으로 표적으로 삼는 것과 관련된 많은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 제약 회사인 AstraZeneca가 개발한 일련의 약물에 초점을 맞췄습니다. 이 약물은 그람 음성 박테리아에만 독점적이고 병원성 및 유익한 미생물에서 유전적으로 다른 지단백질 수송 시스템인 Lol 시스템을 억제합니다.
이 약들은 연구자들이 실험실에서 주요 박테리아 방어를 먼저 훼손하지 않는 한 그람 음성 감염에 효과적이지 않았습니다. 그러나 이 항생제는 세포 배양 실험에서 유익한 그람 음성 박테리아와 병원성 그람 음성 박테리아를 구별하는 것처럼 보였기 때문에 추가 탐사를 위한 유망한 후보였다고 Hergenrother는 말했습니다.
일련의 실험에서 Muñoz는 Lol 억제제의 구조적 변형을 설계하고 세포 배양에서 그람 음성 및 그람 양성 박테리아와 싸울 수 있는 잠재력을 평가했습니다.
“새로운 화합물 중 하나인 롤라미신(lolamicin)은 대장균(Escherichia coli), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae) 및 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae)를 포함한 그람 음성 병원체의 실험실 균주를 선택적으로 표적으로 삼았습니다”라고 연구진은 밝혔습니다. 롤라미신은 세포 배양에서 그람 양성 박테리아에 대해 검출 가능한 효과가 없었습니다. 고용량에서 롤라미신은 다제내성 대장균, 폐렴균 및 E. cloacae 임상 분리물의 최대 90%를 죽였습니다.
약물 내성 패혈증이나 폐렴을 앓고 있는 쥐에게 경구 투여했을 때 롤라미신은 패혈증이 있는 쥐의 100%, 폐렴이 있는 쥐의 70%를 구제했다고 연구팀은 보고했습니다.
롤라미신이 장내 마이크로바이옴에 미치는 영향을 확인하기 위해 광범위한 연구가 수행되었습니다.
"쥐 마이크로바이옴은 인간과 쥐의 장내 마이크로바이옴이 매우 유사하기 때문에 인간 감염을 모델링하는 데 좋은 도구입니다"라고 Muñoz는 말했습니다. "연구에 따르면 쥐의 장내 미생물 불균형을 유발하는 항생제는 인간에게도 비슷한 효과가 있습니다."
표준 항생제인 아목시실린과 클린다마이신을 사용한 치료는 쥐의 장에서 박테리아 집단의 전체 구조에 극적인 변화를 일으켜 여러 유익한 미생물 그룹의 풍부함을 감소시켰다고 연구팀은 밝혔습니다.
연구진은 "대조적으로, 롤라미신은 3일간의 치료 또는 28일간의 회복 과정에서 분류학적 구성에 급격한 변화를 일으키지 않았습니다"라고 주장했습니다.
연구 결과를 확장하기 위해서는 더 많은 수년간의 연구가 필요하다고 Hergenrother는 말했습니다. 롤라미신 또는 기타 유사한 화합물은 더 많은 박테리아 균주에 대해 테스트해야 하며 상세한 독성 연구를 수행해야 합니다. 또한 새로운 항생제는 항생제로 처리한 박테리아에서 조만간 발생하는 문제인 약물 내성을 얼마나 빨리 유도하는지 확인하기 위해 평가해야 합니다.
이 연구는 병원성 미생물을 죽이고 장내 유익한 박테리아를 보존하는 항생제가 치료하기 가장 어려운 감염 중 일부인 그람 음성 감염을 위해 개발될 수 있다는 개념 증명이라고 Hergenrother는 말했습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 29일 Phys.org에 게재된 “New antibiotic kills pathogenic bacteria, spares healthy gut microbes”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : New antibiotic kills pathogenic bacteria, spares healthy gut microbes (phys.org)
* 추가정보 출처 : A Gram-negative-selective antibiotic that spares the gut microbiome | Nature
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