항생제 내성 극복 실마리···나노로봇이 박테리아만 죽인다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 인류 생존을 위협하는 위험 가운데 하나인 항생제 내성박테리아에 대항해 활성산소로 박테리아만 죽이는 나노로봇을 개발했다. 내성발생이 반드시 이뤄지는 기존 항생제의 제균(除菌) 방식과 다른 새로운 방식을 적용해 내성으로부터 자유로운 감염치료제 개발 가능성을 높였다.

김경규 성균관대 의대 교수.(사진=한국연구재단)

한국연구재단은 김경규 성균관대 의학과 교수 연구팀이 이정헌 성균관대 신소재공학부, 유상렬 서울대 식품공학과 교수 연구팀과 함께 황색포도상구균에 선택적으로 결합하고, 외부 전기신호에 반응해 활성산소를 발생시켜 제균을 유도하는 20나노미터 크기의 나노로봇을 개발했다고 13일 밝혔다.

연구팀은 피하조직에 내성 황색포도상구균이 감염된 봉와직염 생쥐에 나노로봇을 주입하고 전기신호를 가해 감염균이 빠르게 사멸하고, 염증이 사라지는 것을 확인했다. 또 공초점현미경으로 황색포도상구균에 감염된 대식세포 배양액에 나노로봇을 첨가하고 전류를 흘리면, 세균의 세포벽에 결합한 나노로봇이 전기자극에 반응해 활성산소를 발생시키고, 세포막을 파괴하는 것을 확인했다.

동물세포에 붙지 않고 세균에만 달라붙고, 원하는 때에 활성산소를 발생하는 나노로봇을 설계했다는 것이다.

기존 항생제는 세균이 가진 단백질을 표적하기 때문에 표적 단백질에 돌연변이를 갖는 세균이 적응과정에서 살아남아 필연적으로 내성균이 발생한다. 세균의 세포막에 결합해 세포막을 손상시키는 기전의 항생제가 있었지만, 세포막이 변형된 내성균 발생을 피할 수 없었다. 반면 활성산소에 의한 세포막 손상은 단순한 유전자 돌연변이에 의해 극복할 수 없어 내성균이 발생할 가능성이 낮다.

김경규 성균관대 의대 교수는 “항생나노로봇은 철나노입자를 실리콘이나 단백질로 코팅하고, 피부미용에 사용되는 낮은 에너지의 전기자극으로 나노로봇을 구동하기 때문에 임상적용 가능성이 높다”면서 “동물모델에서 연구가 실용화되려면 생체적합 소재나 구동방법 최적화를 통한 안전성 입증이 필요하다”고 말했다.

연구 결과는 나노의학 분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 10일자로 게재됐다.