미생물학 레포트Quorum Sensing을 이용한항생제 개발 현황1. 서론Quorum Sensing(QS, 정족수인식)은 세균들이 환경에서 배출하는 신호 분자를 인지하여 인구 밀도에 따라 동조적인 행동을 취하는 현상, 생물막의 세균들이 서로 신호를 주고받으며 세균의 농도에 따라 그들의 기능을 조절하는 현상이다. 이는 생물막 구성에 참여한 한종의 세균이 다른 세포등과 협력하여 스스로의 유전자 발현을 조절하는 과정이다. QS과정은 세포 민도의 자가진단, 화학적 신호의 분비와 유전적 활성화를 포함한 여러 단계에 걸쳐서 일어난다. 생물막 형성의 초기 단계에서는 자유로이 떠다니거나 헤엄쳐 다니는 미생물[종종 플랑크통성(planktonic)으로 묘사됨]이 어떤 기질의 표면으로 유인되어서 휴식에 들어가거나 정착하게 된다. 정착은 세포로 하여금 보통 다당류로 만들어져 있으며 세포를 기질에 결합시키는 끈적끈적하거나 점착성인 간충질을 분비하도록 자극한다. 한번 부착한 세포는 유도물질 분다(inducer molecule)를 내어놓기 시작하여 세포집단의 생장에 따라 이 분자가 축적된다. 이러한 방법으로 세포는 그들 집단의 규모를 모니터링 할 수 있다. 세포가 정족수(quorum)라고 하는 특정 세포 수까지 축적되면 이것은 충분한 양의 유도물질 분자가 확충되리라는 것을 확인해주는 것이 된다. 세포 내로 들어간 이러한 유도 물질 분자는 세포의 염색체에 있는 특정 유전자의 발현을 시작하도록 자극한다. 이 보고서에서는 이런 현상을 활용하여 새로운 항생제 개발에 대한 현황을 조사한다.2. 개발 사례Quorum Sensing을 이용한 항생제 개발 연구는 전 세계적으로 진행되고 있다. 몇 가지 주요 사례를 살펴볼 수 있다.2.1. AI-2: Interspecies Communication (AI-2 Inhibitors)AI-2는 다양한 세균에서 통용되는 Quorum Sensing 신호 분자이다. AI-2를 억제하는 물질을 찾아내어 세균의 QS 시스템을 방해하는 방법이다. AI-2 인식 단백질인 LsrR을 표적으로 하여 이를 억제하는 소분자를 개발하는 연구가 진행되고 있다.2.2. Bacterial Infection Prevention and Bacterial Growth InhibitionQuorum Sensing 억제 물질은 세균 감염의 초기 단계에서 작용하여 세균의 생육을 저해하고, 생체 내에서의 생존을 방해한다. 이를 통해 항균 효과를 나타낼 수 있다. 예로, Pseudomonas aeruginosa의 감염을 억제하는 데 효과적인 화합물인 furanone C-30이 개발되었다.3. 작용 기전Quorum Sensing 억제 물질의 작용 기전은 크게 두 가지로 분류할 수 있다.3.1. 신호 분자 생성 억제신호 분자 생성을 억제하는 물질은 세균의 QS 시스템에서 신호 분자 생성을 막아 세균 간의 정보 전달을 방해한다. 예로, Pseudomonas aeruginosa에서 사용되는 신호 분자인 N-acyl homoserine lactone (AHL)의 합성을 억제하는 물질이 있다.3.2. 신호 분자 수용체 경쟁 억제신호 분자 수용체 경쟁 억제 물질은 세균의 QS 시스템에서 신호 분자 수용체와 경쟁하여 신호 분자의 결합을 방해한다. 이렇게 함으로써 세균 간의 정보 전달을 차단하고, QS를 통한 동조된 행동을 억제한다. 예로, Vibrio cholerae에서 사용되는 신호 분자인 CAI-1의 수용체인 CqsS와 경쟁하는 화합물들이 개발되고 있다.4. 개발 단계Quorum Sensing을 이용한 항생제 개발은 아직 초기 단계에 있으며, 대부분의 연구가 실험실 수준에서 진행되고 있다. 다양한 연구에서 성공적인 결과를 보여주기는 했지만, 이들 연구 결과가 임상 단계에 도달하기까지는 다양한 과제들이 남아있다.4.1. 효능 및 안전성 검증Quorum Sensing 억제 물질의 효능 및 안전성에 대한 평가가 필요하다. 실제 생체 내에서의 효과를 확인하기 위해 in vivo 실험 및 임상시험이 필요하며, 독성 및 부작용과 관련된 문제도 해결해야 한다.4.2. 특정 세균에 대한 효과 극대화Quorum Sensing 억제 물질의 극대화된 효과를 얻기 위해서는 특정 세균에 대한 효과를 높이는 동시에, 유익한 세균에 대한 영향을 최소화하는 방안이 필요하다. 이를 위해 세균 간의 QS 신호 분자 및 수용체 특성에 대한 연구가 더욱 확대되어야 한다.
