항생제 내성균은 점점 해결하기 어려운 문제가 되어가고 있습니다. 세균들이 반복적으로 항생제에 노출되어 점점 내성이 생기는 것도 문제지만, 인구가 노령화되면서 면역이 약한 노인 인구가 자꾸만 늘어나고 당뇨처럼 감염에 취약한 만성 질환을 가진 사람도 자꾸만 증가해 문제의 심각성을 더하고 있습니다. 기본적으로 항생제 내성균을 치료할 수 있는 것은 내성균도 죽일 수 있는 새로운 항생제입니다. 하지만 불행하게도 새로운 항생제를 개발하는 속도보다 내성 발현 속도가 빠르고 앞서 말한 이유로 감염에 취약한 인구가 많아지면서 매년 항생제 내성균 감염으로 사망하는 사람의 숫자가 늘어나고 있습니다. WHO에 의하면 2019년에만 127만 명이 항생제 내성균으로 사망했는데, 앞으로 이 숫자는 급격히 늘어날 것으로 우려됩니다. 따라서 과학자들은 항생제 내성균을 치료할 수 있는 새로운 항생제 개발에 나서는 한편 항생제를 사용하지 않고 다른 방법으로 세균을 잡을 수 있는 기술을 연구하고 있습니다. 시카고 대학 화학과 및 UC 샌디에이고의 과학자들은 약한 전류를 이용해 세균을 억제하는 새로운 접근법을 개발했습니다. 연구팀이 주목한 것은 피부에 살고 있는 세균인 표피 포도상구균 (Staphylococcus epidermidis)이었습니다. 이 세균은 정상적인 면역을 지닌 사람의 피부에서는 별다른 문제를 일으키지 않지만, 면역이 약해지거나 혹은 피부에 상처가 생기는 경우 표면에 생물막(biofilm)을 형성하면서 증식해 감염을 일으킵니다. 특히 환자에 몸에 삽입하는 관인 카테터나 다른 기구에 감염을 일으키기 때문에 골치 아픈 병원 내 감염균입니다. 물론 이 세균 역시 항생제에 자주 노출되다 보니 내성이 생겨 과거처럼 항생제에 잘 듣지 않습니다. 연구팀은 표피 포도상구균이 산성 환경에서는 전기적인 흥분성을 보이는 데 주목했습니다. 이렇게 흥분 상태에 있는 세균은 생물막을 잘 형성하지 않고 증식 속도도 느려집니다. 연구팀은 돼지 피부를 이용해 인위적으로 전기 자극을 주고 약산성 환경을 만들어 표피 포도상구균을 억제할 수 있는지 조사했습니다. 연구팀이 개발한 블라스트(BLAST, Bioelectronic Localized Antimicrobial Stimulation Therapy) 패치(사진)는 1.5볼트의 약한 전류를 10분 간격으로 10초 동안 방출합니다. 이 정도 약한 전류는 거의 느낌도 없고 인체에 무해하지만, 피부에 살고 있는 세균에게는 적지 않은 영향을 미칠 수 있습니다. 돼지 피부를 이용한 동물 실험에서 블라스트 패치는 생물막 형성을 크게 줄이고 박테리아 숫자도 1/10 수준으로 줄이는 것을 확인했습니다. 생물막은 세균이 분비하는 물질로 만들어진 필름 같은 막으로 세균을 나쁜 환경에서 보호하는 역할을 합니다. 세균에게는 생존에 꼭 필요한 도구지만, 감염균을 제거해야 하는 인간 입장에서 보면 항생제나 면역 시스템의 공격을 차단하는 골치 아픈 장애물입니다. 따라서 약한 전기 자극으로 생물막 형성과 세균 증식을 억제할 수 있다면 항생제 내성균 치료에 상당한 도움이 될 수 있습니다. 사실 세균이 증식하지 않고 피부에서 일정한 수준으로 가만히 있는 수준이라면 아예 치료가 필요하지 않을 수 있습니다. 항생제가 더 잘 듣게 만드는 것은 물론 항생제 없이도 치료가 가능해지면 항생제 사용 빈도가 줄어들면서 항생제 내성 발현 가능성도 줄어들게 됩니다. 물론 실제 이 기술을 실제 사람에 적용하기 전까지 많은 검증 과정이 필요합니다. 그리고 원리상 모든 세균이 아니라 표피 포도상구균 같은 일부 세균에만 적용이 가능합니다. 하지만 항생제 없이 세균 억제가 가능하다면 앞서 언급한 것처럼 여러 이점이 있는 만큼 충분히 시도해 볼만한 방법이라고 생각됩니다

항생제 내성균은 점점 해결하기 어려운 문제가 되어가고 있습니다. 세균들이 반복적으로 항생제에 노출되어 점점 내성이 생기는 것도 문제지만, 인구가 노령화되면서 면역이 약한 노인 인구가 자꾸만 늘어나고 당뇨처럼 감염에 취약한 만성 질환을 가진 사람도 자꾸만 증가해 문제의 심각성을 더하고 있습니다. 기본적으로 항생제 내성균을 치료할 수 있는 것은 내성균도 죽일 수 있는 새로운 항생제입니다. 하지만 불행하게도 새로운 항생제를 개발하는 속도보다 내성 발현 속도가 빠르고 앞서 말한 이유로 감염에 취약한 인구가 많아지면서 매년 항생제 내성균 감염으로 사망하는 사람의 숫자가 늘어나고 있습니다. WHO에 의하면 2019년에만 127만 명이 항생제 내성균으로 사망했는데, 앞으로 이 숫자는 급격히 늘어날 것으로 우려됩니다. 따라서 과학자들은 항생제 내성균을 치료할 수 있는 새로운 항생제 개발에 나서는 한편 항생제를 사용하지 않고 다른 방법으로 세균을 잡을 수 있는 기술을 연구하고 있습니다. 시카고 대학 화학과 및 UC 샌디에이고의 과학자들은 약한 전류를 이용해 세균을 억제하는 새로운 접근법을 개발했습니다. 연구팀이 주목한 것은 피부에 살고 있는 세균인 표피 포도상구균 (Staphylococcus epidermidis)이었습니다. 이 세균은 정상적인 면역을 지닌 사람의 피부에서는 별다른 문제를 일으키지 않지만, 면역이 약해지거나 혹은 피부에 상처가 생기는 경우 표면에 생물막(biofilm)을 형성하면서 증식해 감염을 일으킵니다. 특히 환자에 몸에 삽입하는 관인 카테터나 다른 기구에 감염을 일으키기 때문에 골치 아픈 병원 내 감염균입니다. 물론 이 세균 역시 항생제에 자주 노출되다 보니 내성이 생겨 과거처럼 항생제에 잘 듣지 않습니다. 연구팀은 표피 포도상구균이 산성 환경에서는 전기적인 흥분성을 보이는 데 주목했습니다. 이렇게 흥분 상태에 있는 세균은 생물막을 잘 형성하지 않고 증식 속도도 느려집니다. 연구팀은 돼지 피부를 이용해 인위적으로 전기 자극을 주고 약산성 환경을 만들어 표피 포도상구균을 억제할 수 있는지 조사했습니다. 연구팀이 개발한 블라스트 (BLAST, Bioelectronic Localized Antimicrobial Stimulation Therapy) 패치(사진)는 1.5볼트의 약한 전류를 10분 간격으로 10초 동안 방출합니다. 이 정도 약한 전류는 거의 느낌도 없고 인체에 무해하지만, 피부에 살고 있는 세균에게는 적지 않은 영향을 미칠 수 있습니다. 돼지 피부를 이용한 동물 실험에서 블라스트 패치는 생물막 형성을 크게 줄이고 박테리아 숫자도 1/10 수준으로 줄이는 것을 확인했습니다. 생물막은 세균이 분비하는 물질로 만들어진 필름 같은 막으로 세균을 나쁜 환경에서 보호하는 역할을 합니다. 세균에게는 생존에 꼭 필요한 도구지만, 감염균을 제거해야 하는 인간 입장에서 보면 항생제나 면역 시스템의 공격을 차단하는 골치 아픈 장애물입니다. 따라서 약한 전기 자극으로 생물막 형성과 세균 증식을 억제할 수 있다면 항생제 내성균 치료에 상당한 도움이 될 수 있습니다. 사실 세균이 증식하지 않고 피부에서 일정한 수준으로 가만히 있는 수준이라면 아예 치료가 필요하지 않을 수 있습니다. 항생제가 더 잘 듣게 만드는 것은 물론 항생제 없이도 치료가 가능해지면 항생제 사용 빈도가 줄어들면서 항생제 내성 발현 가능성도 줄어들게 됩니다. 물론 실제 이 기술을 실제 사람에 적용하기 전까지 많은 검증 과정이 필요합니다. 그리고 원리상 모든 세균이 아니라 표피 포도상구균 같은 일부 세균에만 적용이 가능합니다. 하지만 항생제 없이 세균 억제가 가능하다면 앞서 언급한 것처럼 여러 이점이 있는 만큼 충분히 시도해 볼만한 방법이라고 생각됩니다.

치료가 어렵고 사망률이 매우 높아 ‘슈퍼세균’으로 불리는 카바페넴 내성 장내세균(CRE) 감염증으로 인한 사망률이 국내외에서 급격히 증가하고 있는 것으로 알려졌다. 21일 국회 보건복지위원회 소속 박희승 더불어민주당 의원이 질병관리청으로부터 받은 자료에 따르면 CRE 감염증으로 인한 사망 신고는 2017년 37건에서 꾸준히 증가해 지난해 663건으로 무려 17배가 증가한 것으로 드러났다. 발생 신고는 2017년 5717건에서 지난해 3만 8405건으로 6.7배 늘었다. 올해는 지난 6월까지 발생 신고 2만 5533건, 사망 신고가 439건에 달해 연말까지 발생 신고는 5만건, 사망 신고는 900건에 육박할 것으로 전망됐다. CRE 감염증은 카바페넴계 항생제에 내성을 나타내는 균에 의한 감염 질환이다. 문제는 CRE 감염이 요로감염과 같은 세균감염 질환을 치료할 때 항생제 오남용과 잘못된 처방으로 인한 다제내성균(MDR)에서 기인한다는 점이다. 원인균의 항생제내성이 지역, 성별, 연령에 따라 달라 적절한 경험적 항생제 처방과 적정 사용이 필요하다. 세균감염이 없는 방광염이 아닌 방광통증증후군, 폐경 후 비뇨생식기증후군, 과민성방광 등이 유사한 증상을 유발한다. 따라서 정확한 병력 청취, 일반 소견 검사 및 소변배양검사를 반드시 진행해 원인균 존재를 확인하는 것이 중요하다. 의료계는 CRE 감염증 환자가 주로 고연령층에서 발생한다는 점에 주목했다. 올해 상반기 CRE 환자 2만 5533명 중 65~90세가 1만 9932명으로 전체의 78%를 차지했다. 이러한 노년층 집중 발생에 대해 비뇨의학과 전문의들은 요양병원 등에서 항생제 오남용과 노인배뇨 관리의 문제점을 지적했다. 지난해 분당서울대병원 호흡기내과 이연주 교수팀에서 발표한 논문에 따르면 요양병원이나 장기요양시설에서 발행하는 세균감염 질환에 부적절한 항생제를 사용하는 확률이 매우 높다고 나타났다. 부적절한 항생제 사용은 장기요양시설에서는 35%, 요양병원에서는 24% 수준으로 확인됐다. 박 의원은 “항생제 내성을 지닌 균에 감염되면 입원 기간이 길어지고 사망률이 증가해 의료비용 부담이 커진다”며 “전국의료관련감시체계(KONIS)에 요양병원 등 만성기병원 참여를 확대해 요로감염 항생제 내성 관리에 철저히 대응해야 한다”고 강조했다.

“박테리오파지는 항생제에서 희토류 정제까지 다양한 분야에 그야말로 무궁무진하게 사용할 수 있다.” 이승욱 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 생명공학과 교수는 27일 제주 국제컨벤션센터에서 열린 ‘2024 한국생물공학회 추계학술발표대회 및 국제심포지엄’에서 기조 강연 직후 기자간담회를 열고 이렇게 밝혔다. 이 교수는 유전 공학 기술로 새로운 바이러스, 단백질 등을 설계한 뒤 이를 의학 분야는 물론 공업 분야에 활용하는 방법을 연구하고 있다. 이 교수는 현재 나와 있는 항생제들에 내성을 갖는 ‘슈퍼박테리아’를 치료하는 데 박테리오파지를 이용한 신개념 항생제가 대안이 될 수 있다고 밝혔다. 박테리오파지는 박테리아를 숙주세포로 하는 바이러스를 통칭하는 것이다. 박테리오파지는 특정 박테리아만 표적으로 삼기 때문에 박테리아 전반에 작용하는 항생제보다 내성이 발생이 적은 것으로 알려져 있다. 이 교수는 박테리오파지가 의학 분야뿐만 아니라 희토류 정제에도 활용할 수 있다고 강조했다. 미생물을 사용해 광석에서 금속을 추출하는 바이오리칭 방식으로 희토류 정제가 가능하다는 설명이다. 박테리오파지를 바이오리칭에 사용하면 정제 과정이 효율적으로 작동해 희토류 추출 수율을 높일 수 있다. 이 교수는 “바이러스를 인간에게 유용한 분야에 활용할 수 있다고 하면 의아해 하는 사람들이 있다”라면서 “지구에 존재하는 바이러스 대부분이 인간에게 해롭지 않고, 바이러스 중 소수의 변이가 문제를 일으키는 것”이라고 설명했다. 한편 ‘지속가능성 및 웰빙을 위한 바이오 제조 혁신’을 주제로 지난 25일부터 27일까지 사흘 동안 열린 생물공학회 추게 학술대회는 국내외 바이오 분야 연구자 2000여명이 참가하고 최신 연구성과 약 750편이 발표됐다.

“박테리오파지는 항생제에서 희토류 정제까지 다양한 분야에 그야말로 무궁무진하게 사용할 수 있다.” 이승욱 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 생명공학과 교수는 27일 제주 국제컨벤션센터에서 열린 ‘2024 한국생물공학회 추계학술발표대회 및 국제심포지엄’에서 기조 강연 직후 기자간담회를 열고 이렇게 밝혔다. 이 교수는 유전 공학 기술로 새로운 바이러스, 단백질 등을 설계한 뒤 이를 의학 분야는 물론 공업 분야에 활용하는 방법을 연구하고 있다. 이 교수는 현재 나와 있는 항생제들에 내성을 갖는 ‘슈퍼박테리아’를 치료하는 데 박테리오파지를 이용한 신개념 항생제가 대안이 될 수 있다고 밝혔다. 박테리오파지는 박테리아를 숙주세포로 하는 바이러스를 통칭하는 것이다. 박테리오파지는 특정 박테리아만 표적으로 삼기 때문에 박테리아 전반에 작용하는 항생제보다 내성이 발생이 적은 것으로 알려져 있다. 이 교수는 박테리오파지가 의학 분야뿐만 아니라 희토류 정제에도 활용할 수 있다고 강조했다. 미생물을 사용해 광석에서 금속을 추출하는 바이오리칭 방식으로 희토류 정제가 가능하다는 설명이다. 박테리오파지를 바이오리칭에 사용하면 정제 과정이 효율적으로 작동해 희토류 추출 수율을 높일 수 있다. 이 교수는 “바이러스를 인간에게 유용한 분야에 활용할 수 있다고 하면 의아해 하는 사람들이 있다”라면서 “지구에 존재하는 바이러스 대부분이 인간에게 해롭지 않고, 바이러스 중 소수의 변이가 문제를 일으키는 것”이라고 설명했다. 한편 ‘지속가능성 및 웰빙을 위한 바이오 제조 혁신’을 주제로 지난 25일부터 27일까지 사흘 동안 열린 생물공학회 추게 학술대회는 국내외 바이오 분야 연구자 2000여명이 참가하고 최신 연구성과 약 750편이 발표됐다.

아프리카의 야생 고릴라가 먹는 식물이 항생제 내성 대장균을 억제하는 등 항균 효과가 있는 것으로 나타났다. 12일(현지시간) 영국 BBC 방송 등에 따르면, 가봉 프랑스빌 국제의학연구센터(CIRMF) 연구진은 야생 고릴라가 먹는 열대 식물과 지역 전통의학 치료사들이 약초로 사용하는 식물을 연구해 약효가 있는 식물 4가지를 찾아냈다. 실험실 연구 결과, 해당 식물들에는 항산화 및 항균 물질이 풍부하게 함유돼 있는 것으로 나타났다. 그중 하나는 슈퍼박테리아에 맞서는 데도 효과가 있어 향후 인간을 위한 슈퍼박테리아 치료제 개발로 이어질 수 있다는 기대마저 나온다. 유인원은 치유 능력이 있는 식물을 선택해 스스로 치료하는 것으로 알려져 있는데, 오랑우탄이 자신의 얼굴에 난 상처를 치료하기 위해 식물을 바른 사례가 대표적이다. 이에 가봉의 식물학자들은 고릴라도 아프거나 다치면 식물을 사용한다고 가정하고, 서남부 지역의 무칼라바두두 국립공원에 서식하는 서부저지대고릴라가 먹는 식물을 기록했다. 이들은 인근 마을 치료사와 인터뷰를 바탕으로 약효가 있을 가능성이 큰 식물 4종을 선택했다. 케이폭나무(Ceiba pentandra)와 큰노란뽕나무(Myrianthus arboreus), 아프리카티크나무(Milicia excelsa), 무화과나무아종(Ficus subspecies)이라는 현지 나무들이다. 현지 전통의학에서는 이들 나무의 껍질이 위장병부터 불임까지 모든 질병을 치료하는 데 사용돼 왔는 데, 이번 연구에서 실제로 페놀부터 플라보노이드까지 약효가 있는 화학 물질을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 4종의 식물은 모두 최소 한 가지의 항생제 내성 대장균 균주에 대한 억제 효과를 보였다. 이 중 케이폭나무는 실험실에서 테스트한 10가지 모든 균주에 대해 주목할 만한 항균 효과를 보였다고 연구진은 밝혔다. 연구에 참여한 영국 더럼대의 인류학자 조앤나 세첼 박사는 “이는 고릴라가 자신에게 이로운 식물을 먹도록 진화했음을 시사한다”면서 “중앙아프리카 열대우림에 대한 우리의 지식이 아직도 엄청나게 부족하다는 점을 보여준다”고 말했다. 가봉에는 고릴라와 침팬지, 코끼리가 서식하는 광활한 미개척 숲이 있으며, 과학적으로 알려지지 않은 식물도 많이 남아 있다. 그러나 밀렵과 질병으로 인해 야생의 서부저지대고릴라가 대량으로 사라지고 있다. 이들은 국제자연보전연맹(IUCN)의 멸종위기종 목록인 레드 리스트에서 절멸 직전인 위급(CR) 종으로 분류돼 있다. 해당 연구는 플로스원(PLOS ONE) 9월 11일자에 게재됐다.

아프리카의 야생 고릴라가 먹는 식물이 항생제 내성 대장균을 억제하는 등 항균 효과가 있는 것으로 나타났다. 12일(현지시간) 영국 BBC 방송 등에 따르면, 가봉 프랑스빌 국제의학연구센터(CIRMF) 연구진은 야생 고릴라가 먹는 열대 식물과 지역 전통의학 치료사들이 약초로 사용하는 식물을 연구해 약효가 있는 식물 4가지를 찾아냈다. 실험실 연구 결과, 해당 식물들에는 항산화 및 항균 물질이 풍부하게 함유돼 있는 것으로 나타났다. 그중 하나는 슈퍼박테리아에 맞서는 데도 효과가 있어 향후 인간을 위한 슈퍼박테리아 치료제 개발로 이어질 수 있다는 기대마저 나온다. 유인원은 치유 능력이 있는 식물을 선택해 스스로 치료하는 것으로 알려져 있는데, 오랑우탄이 자신의 얼굴에 난 상처를 치료하기 위해 식물을 바른 사례가 대표적이다. 이에 가봉의 식물학자들은 고릴라도 아프거나 다치면 식물을 사용한다고 가정하고, 서남부 지역의 무칼라바두두 국립공원에 서식하는 서부저지대고릴라가 먹는 식물을 기록했다. 이들은 인근 마을 치료사와 인터뷰를 바탕으로 약효가 있을 가능성이 큰 식물 4종을 선택했다. 케이폭나무(Ceiba pentandra)와 큰노란뽕나무(Myrianthus arboreus), 아프리카티크나무(Milicia excelsa), 무화과나무아종(Ficus subspecies)이라는 현지 나무들이다. 현지 전통의학에서는 이들 나무의 껍질이 위장병부터 불임까지 모든 질병을 치료하는 데 사용돼 왔는 데, 이번 연구에서 실제로 페놀부터 플라보노이드까지 약효가 있는 화학 물질을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 4종의 식물은 모두 최소 한 가지의 항생제 내성 대장균 균주에 대한 억제 효과를 보였다. 이 중 케이폭나무는 실험실에서 테스트한 10가지 모든 균주에 대해 주목할 만한 항균 효과를 보였다고 연구진은 밝혔다. 연구에 참여한 영국 더럼대의 인류학자 조앤나 세첼 박사는 “이는 고릴라가 자신에게 이로운 식물을 먹도록 진화했음을 시사한다”면서 “중앙아프리카 열대우림에 대한 우리의 지식이 아직도 엄청나게 부족하다는 점을 보여준다”고 말했다. 가봉에는 고릴라와 침팬지, 코끼리가 서식하는 광활한 미개척 숲이 있으며, 과학적으로 알려지지 않은 식물도 많이 남아 있다. 그러나 밀렵과 질병으로 인해 야생의 서부저지대고릴라가 대량으로 사라지고 있다. 이들은 국제자연보전연맹(IUCN)의 멸종위기종 목록인 레드 리스트에서 절멸 직전인 위급(CR) 종으로 분류돼 있다. 해당 연구는 플로스원(PLOS ONE) 9월 11일자에 게재됐다.

코로나19가 한창 유행하던 몇 년 전, 코로나19 바이러스가 여름철 실내 에어컨 바람을 타고 확산할 수 있다는 연구들이 있었다. 이 때문에 실내에서도 마스크 착용은 필수였다. 그런데, 지구 전체를 거대한 닫힌계(Closed system)라고 볼 때, 지구를 둘러싼 대기들이 움직이면서 병원균을 포함한 각종 미생물이 이동할 수 있다는 사실이 확인됐다. 스페인 카탈루냐 고등연구소(ICREA), 바르셀로나 국제 보건연구소, 바르셀로나대 의대 부속병원, 카를로스 3세 보건연구소, 카탈루냐 공과대, 일본 가나자와대 대기·환경연구부, 국립 환경연구소 공동 연구팀은 병원균과 곰팡이를 포함한 다양한 미생물이 대기 흐름을 타고 먼 거리까지 움직인다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 9월 17일 자에 실렸다. 병원체가 공기 중에는 존재할 수 있지만, 매우 높은 고도에서도 생존할 수 있는지, 그리고 이동이 가능한지는 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 고(高)고도에서 미생물 다양성을 확인하는 실험을 계획했다. 연구팀은 일본 도쿄 조후비행장에서 출발해 1000~3000m 상공에서 10회에 걸쳐 공기 조사를 했다. 연구팀은 중국 본토에서 상승한 공기가 도쿄까지 이동할 수 있는 겨울에 실험했고, 에어로졸 표본 22개를 채취해 화학적, 생물학적 조성을 분석했다. 연구팀은 DNA 염기서열 분석을 통해 266종 이상의 곰팡이와 305종의 세균을 확인했다. 이 중 일부는 대장균을 비롯해 여러 종류의 포도상구균 같은 세균, 질병을 유발하는 칸디다, 클라도스포리움 등 곰팡이처럼 병원성을 띠고 있는 것들로 밝혀졌다. 연구팀은 표본들을 실험실에서 배양한 결과, 높은 고도에서도 생존이 충분히 가능할 뿐만 아니라 일반적으로 사용되는 항생제에 내성을 보이기는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 고고도에서 채취한 표본에는 비료와 농약에서 일반적으로 사용되는 황산아연, 칼륨 같은 특정 원소들과 연관된 것으로 나타났다. 이들 원소의 지문을 추적한 결과 중국의 북동 지역 농경지의 것과 일치한 것으로 조사됐다. 또 연구팀은 지상에서 수집한 표본과 비행기에서 수집한 표본의 미생물 종류와 크기가 거의 일치한다고 밝혔다. 이는 연구팀이 컴퓨터 가상 실험을 통해 살펴본 입자 이동 모델과 같았다. 즉 중국에서 출발한 입자가 약 2000㎞ 떨어진 일본까지 그대로 이동할 수 있다는 설명이다. 연구를 이끈 자비에르 로도 ICREA 교수(대기과학)는 “이번 연구 결과는 다양한 미생물과 병원체가 지구 대기 순환을 통해 먼 거리까지 이동할 수 있음을 보여준다”라며 “지상 환경에서 번식하는 병원체가 인간의 건강에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 이해를 높일 것”이라고 말했다.

바다에 사는 광합성 생물인 해조와 해초는 이름만 비슷할 뿐 사실 전혀 다른 생물이다. 해조(seaweed)는 식물과 달리 관다발이 없고, 뿌리, 줄기, 잎의 구분도 없으며 이분법이나 포자를 통해 증식한다. 반면 해초(sea grass)는 관다발, 줄기, 잎, 뿌리 모두를 지닌 속씨식물로 꽃도 지니고 있는 바다식물이다. 해초는 본래 육지의 속씨식물이 백악기 후기인 1억 년 전에서 7500만 년 전에 바다로 다시 들어가 진화한 것으로 고래처럼 바다 생활에 적응한 육지 생물이다. 당연히 바다에서 광합성을 담당하는 생물 중 대다수는 해조류다. 얕은 바다에서만 사는 해초류보다 서식 범위가 훨씬 넓기 때문이다. 하지만 과학자들은 해초가 생태계에서 매우 중요한 역할을 담당한다는 사실을 발견했다. 해초가 만든 넓은 수중 목초지가 수많은 해양 생물의 보금자리가 되기 때문이다. 미국 캘리포니아 대학 조리흐 램 교수와 코넬 대학 드류 하벨 교수가 이끄는 연구팀은 도시 주변 해안가에 있는 해초가 병원성 세균의 바다 유입을 막는다는 연구 결과를 발표했다. 해초는 얕은 바다에 살면서 육지에서 바다로 유입되는 유해한 세균에 자주 노출된다. 따라서 세균을 제거할 수 있는 방어 능력을 지니고 있다. 특히 인구 밀집 지대에 인접한 해초의 경우 사람에 위험한 병원성 세균까지 거르는 역할을 한다. 연구팀은 이 가운데 인간에 질병을 일으키는 세균을 얼마나 제거하는지 확인하기 위해 미국 워싱턴주 퍼젯 사운드(Puget Sound) 해변의 여러 곳에서 홍합을 채취해 아가미 속에 있는 세균을 조사했다. 그 결과 해초에 가까운 곳에 사는 홍합의 세균 밀도가 최대 65% 정도 낮은 것으로 밝혀졌다. 인간이 복용하는 항생제는 소변과 대변을 통해 하수로 유입되고 항생제 내성균 역시 같은 경로로 유입될 수 있다. 현재의 하수처리 시설로는 항생제 내성균과 항생제를 거를 방법이 없어 이들은 주변 환경으로 그대로 유입된다. 만약 바다로 유입되는 경우 먹이 사슬을 통해 다시 인간의 식탁으로 돌아올 수 있는 셈이다. 하지만 이번 연구 결과는 우리가 먹지 않는 해초가 이런 병원성 세균이나 항생제 내성균을 걸러내 수산물 안전에 기여한다는 사실을 보여주고 있다. 참고로 연구팀은 인도네시아에도 같은 연구를 진행해 열대 바다에서도 해초가 병원성 세균의 50%를 걸러낸다는 점을 밝혀냈다. 이번 연구는 해초가 기후와 무관하게 천연 필터로 작용한다는 사실을 보여준다. 연구팀은 환경 오염과 지구 온난화로 인해 해초가 계속 감소하고 있다고 경고했다. 많은 해양 동물의 보금자리이자, 천연 필터인 해초가 사라지면 인간에게도 나쁜 영향을 미칠 수밖에 없다. 다른 해양 생물과 마찬가지로 해초에 대한 보호 역시 필요한 이유다.

바다에 사는 광합성 생물인 해조와 해초는 이름만 비슷할 뿐 사실 전혀 다른 생물이다. 해조(seaweed)는 식물과 달리 관다발이 없고, 뿌리, 줄기, 잎의 구분도 없으며 이분법이나 포자를 통해 증식한다. 반면 해초(sea grass)는 관다발, 줄기, 잎, 뿌리 모두를 지닌 속씨식물로 꽃도 지니고 있는 바다식물이다. 해초는 본래 육지의 속씨식물이 백악기 후기인 1억 년 전에서 7500만 년 전에 바다로 다시 들어가 진화한 것으로 고래처럼 바다 생활에 적응한 육지 생물이다. 당연히 바다에서 광합성을 담당하는 생물 중 대다수는 해조류다. 얕은 바다에서만 사는 해초류보다 서식 범위가 훨씬 넓기 때문이다. 하지만 과학자들은 해초가 생태계에서 매우 중요한 역할을 담당한다는 사실을 발견했다. 해초가 만든 넓은 수중 목초지가 수많은 해양 생물의 보금자리가 되기 때문이다. 미국 캘리포니아 대학 조리흐 램 교수와 코넬 대학 드류 하벨 교수가 이끄는 연구팀은 도시 주변 해안가에 있는 해초가 병원성 세균의 바다 유입을 막는다는 연구 결과를 발표했다. 해초는 얕은 바다에 살면서 육지에서 바다로 유입되는 유해한 세균에 자주 노출된다. 따라서 세균을 제거할 수 있는 방어 능력을 지니고 있다. 특히 인구 밀집 지대에 인접한 해초의 경우 사람에 위험한 병원성 세균까지 거르는 역할을 한다. 연구팀은 이 가운데 인간에 질병을 일으키는 세균을 얼마나 제거하는지 확인하기 위해 미국 워싱턴주 퍼젯 사운드(Puget Sound) 해변의 여러 곳에서 홍합을 채취해 아가미 속에 있는 세균을 조사했다. 그 결과 해초에 가까운 곳에 사는 홍합의 세균 밀도가 최대 65% 정도 낮은 것으로 밝혀졌다. 인간이 복용하는 항생제는 소변과 대변을 통해 하수로 유입되고 항생제 내성균 역시 같은 경로로 유입될 수 있다. 현재의 하수처리 시설로는 항생제 내성균과 항생제를 거를 방법이 없어 이들은 주변 환경으로 그대로 유입된다. 만약 바다로 유입되는 경우 먹이 사슬을 통해 다시 인간의 식탁으로 돌아올 수 있는 셈이다. 하지만 이번 연구 결과는 우리가 먹지 않는 해초가 이런 병원성 세균이나 항생제 내성균을 걸러내 수산물 안전에 기여한다는 사실을 보여주고 있다. 참고로 연구팀은 인도네시아에도 같은 연구를 진행해 열대 바다에서도 해초가 병원성 세균의 50%를 걸러낸다는 점을 밝혀냈다. 이번 연구는 해초가 기후와 무관하게 천연 필터로 작용한다는 사실을 보여준다. 연구팀은 환경 오염과 지구 온난화로 인해 해초가 계속 감소하고 있다고 경고했다. 많은 해양 동물의 보금자리이자, 천연 필터인 해초가 사라지면 인간에게도 나쁜 영향을 미칠 수밖에 없다. 다른 해양 생물과 마찬가지로 해초에 대한 보호 역시 필요한 이유다.

서울시의회 허훈 의원(국민의힘·양천2)은 지난 12일 폐의약품 등 생활계 유해폐기물의 배출 및 처리 방법에 대한 대시민 홍보를 강화하는 ‘서울시 폐기물관리 조례 일부개정조례안’을 대표발의했다고 밝혔다 서울시와 자치구는 폐의약품, 불용의약품의 원활한 처리를 위해 공공기관, 민간 환경단체 등과 협력하여 별도의 수거함을 설치하고 있긴 하지만 폐의약품 분리배출에 대한 대시민 인식이 낮다는 지적이 제기되고 있다. 실제로 일부 시민들은 약국에 폐의약품을 가져갔더니 수거를 거부당해 집에 폐의약품을 쌓아두거나 수거함을 찾지 못해 일반 쓰레기통에 배출하는 경우도 허다한 실정이다. 화학구조가 복잡해 생활계 유해폐기물로 분류되고 있는 폐의약품이 종량제봉투, 싱크대 등에 무분별하게 배출될 경우 하천, 지하수, 토양 등으로 유입되어 생태계를 교란하고 항생제 내성균의 확산을 초래할 가능성이 크다. 국립환경과학원이 지난 2016년 발간한 ‘위해 우려 의약물질의 생태 위해성 평가’ 보고서에 따르면 서남아시아 독수리 개체수가 먹이에 남은 소염제 성분 때문에 95% 이상 감소했으며 캐나다 호수에 피임약 성분인 합성 에스트로겐을 3년간 저농도로 방류한 결과 물고기가 제대로 번식하지 못했다는 연구결과가 나오기도 했다. 이에 개정안에는 시민들이 폐의약품 등 생활계 유해폐기물의 적정 처리 방법과 절차를 숙지할 수 있도록 서울시가 자치구에 가이드라인을 제시하는 등 홍보를 강화할 수 있도록 하는 내용을 담았다. 개정안이 통과되면 폐의약품 분리배출에 대한 대시민 접근성이 보다 강화될 것으로 기대된다. 허 의원은 “코로나19 등으로 의약품 사용은 증가하는 가운데 폐의약품 폐기 기준이 지자체마다 다르고 배출 및 처리 방법에 대한 홍보 부족으로 생태계 악순환이 계속되고 있다”며 “이번 개정안 발의를 계기로 폐의약품의 안전하고 올바른 처리에 대한 대시민 인식 제고가 이뤄질 수 있길 기대한다”고 밝혔다. 한편, 허 의원은 폐의약품 관련 업무의 부서 이관에 따라 폐의약품 관련 사업 등이 원활하게 이루어질 수 있도록 기존 폐의약품 규정 사항을 정비하는 ‘서울시 의약품 안전사용 환경조성 조례’도 대표발의했다. 이들 조례안은 서울시의회 8월 임시회에 논의되어 바로 통과될 경우 오는 9월말 시행될 예정이다.

드물게 나타나는 ‘괴사성 근막염’은 세균 감염으로 근육 주위를 덮고 있는 연조직인 근막이 죽어버리는 무서운 질환이다. 감염될 경우 환자의 20%가 사망하는 것으로 알려졌다. 치료가 성공하기 위해서는 빠른 진단과 함께 세균이 몸 전체에 확대되지 않도록 광범위한 항생제 투여가 필요하다. 그러나, 항생제를 자주 투여해 내성이 생겨 치료가 쉽지 않은 경우도 많다. 미국 세인트루이스 워싱턴대 의대 분자 미생물학과, 스웨덴 우메아대 화학과 공동 연구팀은 피부를 파먹는 치명적 살인 박테리아를 효과적으로 제거할 수 있는 화합물을 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 화합물은 약물 내성 포도상구균 감염, 독성 쇼크 증후군 등 치명적 질병을 유발할 수 있는 그람 양성 박테리아를 표적으로 한다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 8월 2일 자에 실렸다. 연구팀은 매년 전 세계에서 50만 명의 사망자를 내는 병원균인 화농성 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)에 초점을 맞췄다. 연구팀이 개발한 이번 화합물은 ‘고리 융합 2-피리돈’이라는 분자 유형에 기반한다. 처음에는 요도 카테터 표면에 박테리아가 붙는 것을 막기 위해 개발됐지만, 우연한 계기로 여러 유형의 박테리아에 대한 감염을 차단한다는 것을 발견했다. 이번에 개발한 화합물은 ‘그람 양성 살균제’라는 이름을 붙였다. 연구팀은 실험 접시에 있는 다양한 박테리아에 그람 양성 살균제를 처리한 결과, 살 먹는 박테리아를 비롯해 모든 박테리아를 죽이는 것으로 확인했다. 동물 실험을 통해 화농성 연쇄상구균에 감염된 쥐에게 그람 양성 살균제로 치료하면 감염으로 인한 체중 감소나 궤양 발생이 적었고, 박테리아의 병원성을 줄이는 한편 손상된 피부의 치유 속도도 빠른 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 그람 양성 살균제가 박테리아의 외부 막을 파괴해 치료 물질을 박테리아 안쪽으로 쉽게 침투하게 한다. 특히 그람 양성 살균제로 치료한 뒤 5~10분 이내에 박테리아 세포막을 파괴하는 것으로도 확인됐다. 스코트 헐트그렌 세인트루이스대 의대 교수는 “모든 유형의 박테리아 감염은 점점 다제내성이 돼 치료하기 어려워지고 있다”라며 “이번에 개발한 화합물은 현재 항생제로 쉽게 제어할 수 없는 박테리아에 대한 보다 효과적인 치료법을 찾고 있는 임상의들에게 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

항생제 내성균 문제는 21세기 의학이 직면한 가장 큰 위기다. 20세기에 여러 항생제가 등장하면서 치명적인 감염균을 치료하고 많은 생명을 살렸지만, 이제 항생제 내성을 지닌 세균이 늘어나면서 세균의 역습이 시작된 것이다. 물론 새로운 항생제가 계속 개발되고 있지만, 항생제 개발 속도보다 내성균 진화 속도가 더 빨라 21세기 중반쯤 되면 항생제 내성균 문제가 지금보다 상당히 심각해질 것으로 우려되고 있다. 네덜란드 라이덴 대학의 나다니엘 마틴 교수가 이끄는 연구팀은 오래 전 개발했지만, 최근까지 이를 개량하기 위한 시도가 거의 이뤄지지 않았던 항생제에 주목했다. 바시트라신(bacitracin)은 1945년 고초균이라는 세균에서 분리된 항생제로 그람 양성균의 세포벽에 결합해 펩티도글리칸 같은 주요 물질의 생성을 방해해 세균을 억제한다. 바시트라신은 의학적으로는 연고 형태로 가장 많이 사용된다. 상처에 바르는 연구에 포함된 항생제로 가정상비약에도 흔히 들어가 있는 성분이다. 하지만 바로 그렇기 때문에 세균에 많이 노출되어 내성을 지닌 세균이 흔해지고 있다. 이대로라면 바시트라신 역시 효과가 거의 없어질 위험이 있다. 따라서 연구팀은 바시트라신이 그람 양성균의 세포벽에 어떻게 결합하는지 분석하고 결합력을 획기적으로 높일 방법을 연구했다. 연구팀에 따르면 바시트라신은 개발된 지 오래된 항생제임에도 불구하고 사실 그 작용기전이 최근까지도 잘 알려지지 않았다. 이 항생제가 세포벽의 분자와 다섯 곳에서 결정 형태로 결합한다는 사실도 최근에 알려졌다. 연구팀은 바시트라신이 세포벽에 더 단단히 결합할 수 있게 구조를 약간 수정했다. 그 결과 기존의 바시트라신보다 세포벽에 대한 결합력이 수백 배 강한 개량형 바시트라신을 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 이 개량 바시트라신을 중요한 항생제 내성균인 반코마이신 내성균에 테스트해 효과적으로 세균을 파괴할 수 있다는 사실을 알아냈다. (사진) 물론 이렇게 만든 개량형 바시트라신이 인체에서 큰 부작용 없이 효과적으로 항생제 내성균을 억제할 수 있는지 알기 위해서는 몇 단계에 걸친 임상 시험이 필요하다. 하지만 최후의 항생제 중의 하나인 반코마이신 내성균을 잡을 수 있다면 항생제 내성균으로 위기감이 고조되고 있는 상황에서 큰 도움이 될 수 있다. 사실 바시트라신은 세균에서 분리된 후 거의 개조 없이 70년 가까이 사용됐다. 거의 70년 만에 개량을 통해 오래된 항생제인 바시트라신이 다시 세균과의 전쟁에서 큰 활약을 할 수 있을지 앞으로 연구가 주목된다. 이 연구는 미국 국립과학원 회보(PNAS) 최신호에 실렸다.

항생제는 20세기 의학의 진보를 이끈 혁신이었다. 항생제 개발 전에는 쉽게 치료할 수 있는 상처라도 세균에 감염되면 생명이 위험해지는 경우가 흔했다. 제2차 세계대전에서 페니실린이 수백만 명의 병사를 무사히 집으로 보냈다는 이야기는 과장이 아니다. 항생제가 있기 때문에 상처에 생긴 세균 감염도 쉽게 치료할 수 있고 수술 후 발생할 수 있는 세균 감염에서도 환자의 안전을 지킬 수 있다. 만약 병원에서 매일 사용하는 항생제가 없다면 연간 수천만 명의 환자가 죽게 될지도 모른다. 그런데 이런 일이 가정이 아니라 점점 현실이 되어가고 있다. 세균이 항생제에 대한 내성을 키우면서 흔히 사용하는 항생제의 효과가 점점 더 줄어들고 있기 때문이다. 물론 새로운 항생제를 개발하려는 노력이 덕분에 신약도 도입되고 있지만, 그보다 항생제 내성균의 확산이 더 빨라 항생제 내성균으로 인한 사망률은 갈수록 높아질 것으로 우려되고 있다. 따라서 과학자들은 새로운 기전의 항생제를 개발하는 한편, 항생제 내성균을 더 효과적으로 차단할 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다. 대표적인 것이 세균을 죽이는 항균 코팅이다. 예를 들어 구리의 경우 천연적으로 세균에 대한 독성을 지니고 있어 항균 금속 제품이나 코팅을 만드는 데 많이 활용된다. 하지만 구리로 만들 수 있는 의료용 도구나 일반 생활용품에는 한계가 있다. 조지아 공대의 아누자 트리파티가 이끄는 연구팀은 의료용 기기는 물론 우리 일상 생활에서 흔히 사용되는 금속 제품인 스테인리스 스틸을 항균 금속으로 바꾸는 기술을 개발했다. 연구팀은 먼저 스테인리스 스틸 표면을 가공한 후 여기에 구리 코팅을 입히는 방식을 시도했다. 매끈한 표면을 지닌 스테인리스 스틸 자체는 특별한 항균성이 없지만, 연구팀은 전기 화학적 방법으로 스테인리스 스틸 표면에 날카로운 바늘 같은 나노 텍스처를 입혔다.(사진) 이 거친 나노 텍스트는 두꺼운 보호막을 지닌 그람 음성균의 표면도 쉽게 찢고 파괴할 수 있지만, 훨씬 두껍고 튼튼한 사람의 피부는 쉽게 뚫을 수 없다. 하지만 이것만으로는 충분한 항균성을 확보할 수 없다고 본 연구팀은 여기에 아주 얇은 구리층을 입혀 나노 텍스트를 보호하고 항균성을 더 높였다. 일차로 세균의 보호막을 찢고 항균성을 지닌 구리에 더 많이 노출되어 세균이 파괴되는 것이다. 연구팀은 이 항균 스테인리스 스틸을 대표적인 그람 음성균인 대장균(E. coli)와 그람 양성균인 표피포도상구균(Staphylococcus epidermis)을 대상으로 테스트해 대장균의 97%와 표피포도상구균의 99%를 제거할 수 있다는 점을 확인했다. 둘 다 병원 내 감염의 원인이 되는 대표적 세균으로 최근 항생제 내성이 점점 더 강해져서 문제가 되는 세균이다. 연구팀은 스테인리스 스틸과 구리 같은 매우 흔한 소재로 만들었기 때문에 대량 생산 가능성이나 경제성 모두에서 유리할 것으로 기대하고 있다. 물론 실제 제품으로 만들었을 때 피부 자극성은 없는지, 항균성을 오래 유지할 수 있는지, 가격은 합리적인지 등 여러 가지 사항을 충분히 검증해야 실제 상용화가 이뤄질 수 있을 것이다. 이 연구는 저널 Small에 발표됐다.

헬리코박터 파일로리균은 위의 염증성 질환과 위암의 주요 원인으로 알려져 있다. 일반적으로 약물을 이용해 치료하지만, 최근 항생제에 내성을 갖는 헬리코박터균이 등장하면서 완치가 점점 어려워지고 있다. 이런 가운데 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과, 서울아산병원 공동 연구팀이 위의 점액층에 붙어 헬리코박터균만 제거하는 물질을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생체 재료과학 분야 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 국가암정보센터에 따르면, 한국인의 40~50%가 헬리코박터균에 감염돼 있다. 보균자의 대부분은 아무 증상 없이 살아가지만, 각종 위 관련 질환에 걸릴 가능성이 크다. 특히 소화성 궤양, 조기위암, 위 림프종이 있는 경우는 항생제 치료를 한다. 그러나, 항생제 내성균이 늘어나면서 표준 치료법으로 균을 제거할 수 있는 것이 81.8%로 과거에 비해 점점 떨어지는 추세다. 이에 연구팀은 기존 항생제와는 다른 방법으로 헬리코박터균을 제거할 수 있는 광역학치료법을 고안해 냈다. 광역학치료는 내시경으로 특정 파장의 빛을 위 상피세포에 있는 헬리코박터균에 직접 조사하는 치료법이다. 연구팀은 헬리코박터균을 감싸고 있는 외막의 특정 단백질을 인식하는 생체 내 수용체를 이용해 양이온성 고분자 기반 멀티리간드 구조의 광감각제를 개발했다. 광감각제는 빛을 쬐면 주변 산소를 활성산소로 바꾸는 물질로, 활성산소의 강한 산화력으로 세균을 죽이는 것이다. 특히, 광감각제가 접합된 양이온성 고분자는 음이온을 띄는 위 점액층과 정전기적 인력으로 부착돼 위 안에서 오래 살아남을 수 있다. 이번에 개발한 광감각제를 헬리코박터균 감염 생쥐에게 투여한 뒤 실험한 결과, 위 내에서 장시간 체류하는 것이 확인됐으며, 제균 효과가 평균 98.7%로 나타났다. 이는 다른 치료법들보다 치료 효과가 월등히 뛰어나다. 연구를 이끈 나건 가톨릭대 교수는 “이번에 개발한 광역학치료제는 항상제 내성 헬리코박터균을 효과적으로 제균할 수 있는 기술”이라며 “약물 내성으로 치료에 어려움을 겪는 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 잠재력이 있다”라고 설명했다.

알파고는 2015년에서 2017년 사이 이세돌 9단을 포함한 정상급 바둑 기사를 연달아 이기면서 바둑 같이 추상적인 사고가 필요한 영역에서도 사람을 능가하는 인공지능(AI)이 가능하다는 사실을 보여줬습니다. 당시 엄청난 충격이었지만, 이때만 해도 AI가 구체적으로 어떤 분야에서 사람을 돕거나 대신할 수 있는지는 분명치 않았습니다. 하지만 최근 챗지티피(ChatGPT)와 같은 생성형 AI가 등장하면서 이제 AI는 21세기 산업 혁명에 비유되고 있습니다. 그전에는 사람만 할 수 있었던 글쓰기나 대화, 이미지 생성, 영상 생성, 음악 작곡 등 여러 가지 추상적 작업을 AI가 대신하거나 보조할 수 있는 시대가 됐습니다. 과학계에서도 생성형 AI에 대한 논의가 활발합니다. 초기에는 생성형 AI를 이용한 논문 생성 등의 위험성이 거론됐다면, 현재는 이를 연구에 적절히 활용하는 사례들이 늘어나고 있습니다. 예를 들어 신약 개발에서 앞으로 생성형 AI의 역할이 커질 것으로 예상됩니다. 스탠퍼드 대학의 카일 스완슨이 이끄는 스탠퍼드 의대 및 맥마스터 대학 연구팀은 항생제 같은 특정 목적의 분자를 생성하는 생성형 AI인 신스몰(SyntheMol, synthesizing molecules)을 개발했습니다. 물론 분자 자체를 무작위적으로 생성하는 것이 아니라 제조 가능한 분자식을 생성하는 AI입니다. 연구팀은 신스몰의 1차 목표로 중요한 항생제 내성균 중 하나인 아시네토박터 바우마니(Acinetobacter baumannii)를 제거할 수 있는 새로운 항생제 개발을 선택했습니다. 항생제 내성은 21세기 인류를 위협하는 심각한 문제 중 하나로 매년 점점 관련 사망자가 늘어나 21세기 중반에는 매년 1000만 명이 사망할 수 있다는 암울한 예측이 나오고 있습니다. 물론 항생제 내성균을 없애기 위한 신약 개발이 활발히 이뤄지고 있기는 하나 신약을 개발하는 속도보다 항생제 내성균이 생기는 속도가 더 빨라 문제가 되고 있습니다. 만약 생성형 AI가 신약 개발 속도를 빠르게 할 수 있다면 이 분야에서 중요한 혁신이 될 수 있습니다. 연구팀은 13만 가지의 화학물질을 기반으로 신스몰을 훈련한 후 실험실에서 만들기 쉽고 실제 세균에 작용할 가능성이 높은 물질 2만5000가지의 화학식을 생성하도록 했습니다. 이렇게 많은 화학식을 생성하는 데 걸린 시간은 9시간에 불과했습니다. 인간이 직접 했다면 엄청난 시간이 필요했을 것입니다. 연구팀은 이 가운데 기존의 항생제와 완전히 다르고 아시네토박터가 쉽게 내성을 발현하기 어려운 물질 70가지를 골랐습니다. 이 가운데 58개가 실제로 제조할 수 있었는데, 최종적으로는 6개가 실제 아시네토박터 내성균을 죽일 수 있는 것으로 나타났습니다. 그리고 이 중 2개를 물에 녹인 후 쥐에 주입했을 때 심각한 부작용이 없다는 것도 확인했습니다. 물론 이렇게 만든 항생제 후보 물질이 사람에는 심한 해를 끼치지 않고 감염된 항생제 내성균만 죽일 수 있는지 검증하기 위해서는 복잡한 전임상 실험과 임상 시험이 필요합니다. 따라서 바로 새로운 항생제를 개발할 수 있는 것은 아니지만, 생성형 AI를 통해 기초 연구 시간을 크게 단축할 수 있다면 전체 약물 개발 속도를 빠르게 할 수 있습니다. 그리고 기존에 전혀 알려지지 않은 새로운 기전을 지닌 약물 개발도 쉬워질 것입니다. 연구팀은 신스몰 AI가 항생제 이외에 다른 약물을 개발할 때도 도움이 될 것으로 보고 연구를 계속하고 있습니다. 생성형 AI가 신약 연구 패러다임을 바꿀 혁신이 될 수 있을지 결과가 주목됩니다.

시원한 홍합탕에서 얼큰한 짬뽕까지 어떤 국물 요리에도 잘 어울리는 식재료가 홍합이다. 하지만 일부 과학자들은 홍합을 식재료 이상의 의미로 바라보고 있다. 거센 바닷물 속에서도 순식간에 바위에 몸을 고정하는 강력한 생체 접착제 때문이다. 인간이 만든 어떤 화학 접착제도 홍합의 생체 접착제처럼 거센 물살 속에서 순식간에 단단히 붙을 수 없다. 여기에 생체 조직에 무해하다는 점 때문에 홍합의 생체 접착제는 순식간에 출혈 부위를 막고 찢어진 조직을 봉합할 수 있는 신물질로 주목받았다. 하지만 홍합의 신비는 여기서 그치지 않는다. 스페인 바르셀로나 자율 대학(UAB)의 과학자들이 이끄는 연구팀은 홍합 분비물에 포함된 항균 물질에 주목했다. 홍합은 여러 개체가 빈틈없이 모여 군집을 이루는데, 이는 감염성 세균에게는 최적의 조건이다. 한 개체만 성공적으로 감염시키면 바로 옆에 다른 숙주가 무한정 널려 있어 기침이나 분변 같은 다른 수단 없이도 쉽게 전파될 수 있다.따라서 홍합은 끊임없이 항균 물질을 만들어 생체 접착제와 함께 분비한다. 덕분에 웬만큼 독한 세균도 홍합을 쉽게 감염시킬 수 없다. 따라서 연구팀은 홍합이 분비하는 항균 물질인 카테콜 (catechol)과 폴리페놀 유도체를 응용한 코팅 물질을 연구했다. 연구팀에 따르면 카테콜과 폴리페놀 유도체들은 끊임없이 활성 산소종(ROS)를 만들어 세균을 공격한다. 이 물질을 강력한 생체 접착제인 홍합 분비물과 함께 사용하면 섬유와 종이의 표면에 쉽게 떨어지지 않는 방수성 항균 코팅을 만들 수 있다. 연구팀은 이 항균 코팅에 실제 세균과 곰팡이를 노출해 항균 성능이 얼마나 뛰어난 지 검증했다. 그 결과 세균의 경우 3시간 이내, 곰팡이의 경우 24시간 이내 파괴되기 시작해서 최대 99%가 사라지는 것을 확인할 수 있었다. 연구팀은 이 항균 코팅이 환자 의복과 침구류, 의료진의 가운이나 수술복, 마스크 등에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 병원 안에서 일어나는 항생제 내성균 전파는 의류나 침구류 같은 천 제품에서 자주 발생하는데, 섬유 사이 공간에 세균이 들어갈 공간이 무수히 많기 때문이다. 항균 코팅은 항생제 내성균 전파를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 물론 실제 상용화가 되기 위해선 뛰어난 항균성과 함께 인체에 무해하고 가격이 저렴하며 내구성이 뛰어나다는 것을 입증해야 한다. 홍합에서 한 수 배운 방법으로 인간의 생명을 구할 수 있을지 앞으로 후속 연구가 주목된다.

플라스틱은 20세기 문명의 가장 유용한 도구이면서 동시에 가장 처치 곤란한 쓰레기로 자리 잡았다. 금속처럼 재활용도 어렵고 목재나 종이처럼 잘 썩지도 않는다는 점이 문제다. 더 큰 문제는 한 번 쓰고 버리는 일상 생활용품에 플라스틱 소재가 광범위하게 사용되면서 매일 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 생긴다는 점이다. 일회용 플라스틱 제품 사용을 줄이려는 노력에도 불구하고 플라스틱 쓰레기는 점점 더 쌓이고 있다. 따라서 과학자들은 플라스틱 쓰레기를 좀 더 유용한 물질로 재활용하기 위해 많은 연구를 해왔다. 철, 알루미늄, 유리처럼 유용하게 재활용할 수 있다면 쓰레기 배출도 줄이고 자원 낭비도 줄일 수 있기 때문이다. 그러나 수많은 시도에도 불구하고 현재까지 플라스틱 쓰레기의 상당수는 재활용되지 못하고 소각된다. 미국 렌슬러 공대 헬렌 자 교수 연구팀은 박테리아를 이용해 처치 곤란한 플라스틱 쓰레기인 폴리에틸렌을 분해해 유용한 물질을 만드는 연구를 시도했다. 연구팀이 사용한 세균은 뜻밖에도 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이었다. 녹농균은 토양에 흔한 박테리아 중 하나로 인체에서 다양한 감염을 일으키기 때문에 악명이 높다. 최근에는 항생제 내성까지 키워 더욱 골치 아픈 세균으로 진화했다. 하지만 녹농균은 사실 폴리에틸렌을 분해할 수 있는 효소를 지니고 있다. 일부 박테리아들은 분해가 까다로운 폴리머를 분해해 영양분으로 활용하는 재주가 있는데, 녹농균의 경우 그 대상에 폴리에틸렌이 포함된다. 그런데 불행하게도 우리가 버리는 폴리에틸렌 쓰레기인 비닐봉지나 페트병의 경우 녹농균이 먹기에는 너무 질기고 단단하다. 따라서 폴리에틸렌 쓰레기는 자연에서 쉽게 분해되지 않는다. 연구팀은 폴리에틸렌을 녹농균이 먹기 편한 형태로 만들기 위해 고온 고압 환경에서 가공했다. 이후 녹농균을 이렇게 가공한 폴리에틸렌 위에서 배양했다. 연구팀은 단순히 분해만 하는 것이 아니라 다른 유용한 물질을 만들기 위해 녹농균에 유전자를 삽입했다. 연구팀이 삽입한 유전자는 거미줄 단백질을 만드는 유전자였다. 거미줄은 같은 두께의 철사만큼 튼튼하면서 무게는 1/6 수준으로 가벼워 차세대 생물학적 소재로 주목받고 있다. 무엇보다 인체에서 생분해되는 성질 때문에 의료용 소재로 연구되고 있지만, 적당한 가격에 대량 생산이 어려워 아직 상용화되지 못하고 있다. 이번 실험에서 연구팀은 폴리에틸렌 쓰레기를 최종적으로 거미줄 단백질을 많이 포함한 솜 같은 형태의 원료로 만들었다. 박테리아를 이용해 처치 곤란한 플라스틱 쓰레기를 줄이고 덤으로 유용한 물질을 생산할 수 있는 가능성을 보여준 셈이다. 박테리아는 여러 단계를 거쳐야 하는 복잡한 화학적 과정을 대신할 수 있는 미니 화학 공장으로 주목받고 있다. 플라스틱 쓰레기를 유용한 물질로 바꾸는 복잡한 과정도 박테리아의 도움을 받으면 한결 쉽게 해낼 수 있다. 물론 이런 연구 결과가 결실을 얻기 위해서는 경제성과 함께 대량의 플라스틱 쓰레기 처리가 가능하다는 점을 보여줘야 한다. 업사이클링 제품 역시 가격 경쟁력을 지녀야 한다. 이 모든 조건을 다 만족시키기 위해서는 앞으로 많은 연구와 투자가 필요하다. 박테리아가 플라스틱 쓰레기의 해결사 역할을 할 수 있을지 미래가 주목된다. 고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

설탕은 중세까지만 해도 금보다 비쌌던 물건이었다가 산업 혁명 이후는 누구나 맛볼 수 있게 됐다. 심지어 요즘 웬만한 음식 레시피에 설탕이 포함되지 않은 것이 없을 정도다. 음식의 감칠맛을 더해줄지는 모르겠지만 충치와 비만, 대사질환, 각종 성인 당뇨 원인이다. 게다가 단맛에 빠지면 계속 소비할 수밖에 없도록 뇌를 ‘중독’ 시키기도 한다. 그런데, 이런 당분이 또 다른 문제를 일으킬 수 있다는 지적이 나왔다. 중국과 미국 공동 연구팀은 뇌의 포도당 수치가 높을수록 항생제 내성이 생기기 쉽다고 21일 밝혔다. 이 연구에는 중국 과학원(CAS) 미생물학연구소, 중국과학원대, 충칭 시난대, 베이징 수도의대, 유전학 및 발달 생물학 연구소, 베이징 연합 의대 병원, 베이징 방사선 의학 연구소, 생명과학 연구소, 베이징대, 해군 의학대, 미국 조지아대 의과학자들이 참여했다. 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 미생물학’ 1월 16일자에 실렸다. 곰팡이로 인해 걸리는 질환은 다양하다. 대표적인 것이 무좀이다. 피부 표면에서 발생하는 질환 이외에 곰팡이가 장기나 혈액 속으로 침투해 질병을 일으키기도 한다. 축농증, 구내염, 천식, 폐렴 등이 대표적이다. ‘크립토코쿠스 네오포만스’(Cryptococcus neoformans)라는 곰팡이는 면역력이 저하된 사람의 호흡기를 통해 체내에 들어가 혈액을 통해 전신으로 퍼진 다음 혈액-뇌 장벽을 통과해 수막염, 뇌염 등을 일으킨다. 이 곰팡이 때문에 매년 전 세계에서 약 18만 명이 사망하는 것으로 알려졌다. 곰팡이 관련 질환을 치료할 수 있는 대표적인 항진균제는 ‘암포테리신B’다. 만약 암포테리신B에 대한 내성이 있을 경우는 치료가 쉽지 않다. 이에 연구팀은 어떤 인자가 항진균제 내성을 유발하는지 분석에 나섰다. 연구팀은 생쥐의 뇌 조직과 사람의 뇌척수액을 추출해 수많은 대사산물이 크립토코쿠스 네오포만스와 암포테리신B의 상호 작용에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 뇌에 존재하는 포도당이 포도당 억제 조절인자인 크립토코쿠스 네오포만스의 ‘Mig1’이라는 단백질과 결합해 항진균제 내성을 유도한다는 것을 규명했다. 또, 생쥐 실험을 통해 Mig1이 암포테리신B의 약효를 제한한다는 것을 확인했다. 연구팀은 곰팡이의 세포막 구성성분 중 하나인 ‘이시톨포스포릴세라마이드’를 억제하는 물질과 암포테리신B를 병용하면 네오포만스로 인해 발생하는 뇌 감염질환 치료 효과가 높아진다는 것을 밝혀냈다. 연구를 이끈 린퀴 왕 CAS 미생물학연구소 교수는 “이번 연구 결과는 당분처럼 숙주 유래 대사산물에 의해 항생제 약물 내성이 발생할 수 있음을 보여준다”라면서 “곰팡이나 세균 질환을 표적으로 하는 효과적인 치료법 개발에 도움이 될 것으로 기대한다”라고 설명했다.

숙명여자대학교 화공생명공학부 최경민 교수 연구팀이 금속유기구조체(MOF)를 활용해 항생제 없이 피부 상처를 빠르게 치유하는 원리를 규명했다. 숙명여대는 최 교수가 분당서울대병원, ㈜랩인큐브와 함께한 ‘지르코늄 MOF의 다중 흡착 메커니즘에 의한 전염증성 매개체 조절을 통한 상처 치유 촉진에 대한 영향 연구’ 논문에서 이 같은 내용을 발표했다고 16일 밝혔다. 향후 항생제의 주요 부작용으로 지적되는 내성을 줄이고, 동시에 치료 과정도 단축할 것으로 기대된다. 연구팀에 따르면 현재 피부에 난 상처에 주로 사용하는 국소 항생제는 오래 사용할 경우 내성이 생겨 치료 효과가 떨어지는 단점이 있다. 최근 무분별한 항생제 사용 탓에 내성이 생긴 ‘슈퍼 박테리아‘가 사회적 문제로 떠올랐고, 미국 질병통제예방센터(CDC)와 주요 피부과 학회에서도 더 이상 예방적 국소항생제 사용을 추천하지 않고 있다. 연구팀은 이번 연구에서 항생제 대신 자체 흡수, 흡착 특성이 있는 MOF를 활용하는 새로운 접근 방식을 제시했다. 주로 기체, 분자 등의 저장과 분리에 응용되는 MOF를 상처에 적용해 부작용을 유발하는 염증 매개체의 양을 줄이는 것이 핵심 아이디어다. 연구 결과 생체 내 환경에서 안정적인 특성이 있는 지르코늄 금속유기구조체(Zr-MOF)를 함유한 하이드로겔이 대조군에 비해 상처 치료 효능이 200% 향상된 것으로 나타났다는 게 연구팀의 설명이다. 이를 통해 불필요한 항생제 처방을 방지하고 상처 치료의 품질은 높이면서 치료 기간까지 단축할 수 있는 새로운 길이 열린 것으로 평가된다. 최 교수팀은 “이번 연구에 사용된 지르코늄 금속유기구조체를 포함한 하이드로겔을 피부질환 치료에 활용하기 위한 실용화를 준비하고 있다”며 “상처 치유뿐 아니라 과발현 물질의 제거가 필요한 다른 생체 부위에도 확장해 사용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구지원사업, 기초의과학연구센터(MRC)의 지원으로 수행됐다. 숙대 화공생명공학부 박사과정 류언진 학생이 공동 제1저자, 최경민 교수가 교신저자로 참여했고 서울대병원 허찬영 교수, 남선영 교수 연구팀, 숙명여대 기술지주회사 랩인큐브가 함께했다. 이 논문은 독일 와일리(Wiley) 출판사에서 발간하는 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’(Advanced Healthcare Materials, IF=10.0)에 게재됐다.