여름철만 되면 어김없이 찾아오는 비브리오 패혈증으로 인해 우리나라에서는 매년 20~40명의 사망자가 발생하고 있다.
생명연 김명희 박사팀과 서울대 최상호 교수팀이 비브리오 패혈증균이 어떤 과정을 통해 몸속에서 생존․성장하여 최종적으로 병원성을 갖는지에 대한 메커니즘을 규명함으로써 비브리오 패혈증 치료제 개발에 청신호가 켜졌다.
이번 연구는 미래창조과학부(글로벌프론티어 의약바이오컨버젼스연구단, 중견연구자지원사업), 생명연(KRIBB) 전문연구사업 및 농림수산식품기술기획평가원의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 최근 미국국립과학원회보지(PNAS)에 온라인으로 게재되었다.
논문명칭은 ‘Structural insights into the regulation of sialic acid catabolism by the Vibrio vulnificus transcriptional repressor NanR’ 이다.
비브리오 패혈증균(Vibrio vulnificus)에 감염된 환자 중에서 특히 면역력이 감소된 간질환 환자나 당뇨병·폐결핵·신부전증 등의 만성질환자들은 패혈증으로 전환될 가능성이 높고, 전환시 사망률이 50% 이상이다.
발병 후 사망까지 2~3일밖에 안 걸릴 정도로 비브리오 패혈증균은 진행속도가 빠른 세균이다.
실제로 2011년엔 감염자 51명 중 26명이, 2012년에는 68명 가운데 39명이 사망하였다.
패혈증 비브리오균이 인체 내로 감염시, 병원성을 발휘하기 위해서는 영양원이 한정되어 있는 인체 내에서 어떤 과정을 통해 생존․성장하여 최종적으로 병원성을 갖는지에 대한 메커니즘을 규명하는 것이 비브리오 패혈증 치료제 개발에 매우 중요하다.
비브리오 패혈증균이 인체 내로 감염이 되면 패혈증균은 자신의 생존․성장을 위한 에너지원을 필요로 하게 되는데, 이 때 사람의 장(腸)에 존재하는 N-아세틸뉴라믹산을 에너지원으로 이용하기 위해 대사작용을 시작한다.
인체 내에서 패혈증균의 대사작용이 시작되면 대사 중간체들이 생성되는데, 연구팀은 그 중 N-아세틸만노사민 6-인산(N- acetylmannosamine 6-phosphate, ManNAc-6P)이라는 중간 대사체가 패혈증균의 NanR 단백질과 결합함으로써 NanR 단백질의 구조를 변형시키며,
NanR 단백질 구조가 변형되면 장(腸)내에서 N-아세틸뉴라믹산을 대사하여 대체 에너지원으로 활용할 수 패혈증균의 대사 유전자(효소)들의 발현이 증가하면서 패혈증균이 병원성을 발휘한다는 사실을 밝혔다.
정상 비브리오 패혈증균과 N-아세틸만노사민 6-인산 결합력이 결핍된 NanR 단백질을 보유하고 있는 돌연변이 비브리오 패혈증균을 쥐에 감염시켜 비교한 결과, 돌연변이 비브리오 패혈증균은 정상적인 균에 비해 병원성력이 월등히 저하됨을 확인하였다.
연구에 참가한 김명희 박사와 최상호 교수는 “이번 연구결과는 식중독균을 선택적으로 통제․제어할 수 있는 새로운 항미생물소재 개발에 활용될 수 있으며, 패혈증균의 인체 내 생존 억제 물질 개발에 필요한 원천기술로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
■ 용어설명
○ 비브리오 패혈증균(Vibrio vulnificus)
비브리오 패혈증을 일으키는 원인이 되는 세균으로, 상처감염이나 조리하지 않은 오염된 해산물 섭취로 인체에 침투하여 비브리오 패혈증을 발생시키며, 치사율은 50％ 이상으로 높다.
우리나라에서는 전남, 경남, 전북, 경기 등 남서해안 지역을 중심으로 매년 수십명의 환자가 발생하고 있으며, 특히 간기능이 저하되었거나 기저질환으로 면역기능이 저하된 환자에서 심각한 패혈증(혈류에 세균이 존재하는 균혈증과 독이 혈류를 따라 순환하는 독혈증이 복합되어 나타나는 것) 증상이 나타나 사망할 가능성이 높다.
일단 감염되면 발열과 설사, 구토, 붉은 반점 등의 증상이 있고, 심할 경우 사망에 이르기도 한다.
○ NanR 단백질(NanR protein)
N-아세틸뉴라믹산 대사에 필수적인 유전자들의 발현을 억제하는 단백질
○ 대사 중간체(Metabolic intermediate)
생체에 이입된 분자는 효소로 촉매되는 몇 단계의 반응을 거쳐 최종생성물이 생성되는데 이러한 경로반응에서 생성되는 중간 화합물
○ N-아세틸뉴라믹산(N-acetylneuraminic acid, Neu5Ac)
포유류 세포에 존재하는 가장 풍부한 시알산으로 뮤신의 구성 성분. 뮤신은 인체 상피조직으로부터 생산되어 점막표면으로 분비되는 당단백질로 85% 정도가 당으로 구성
○ 시알산(Sialic acid)
9개의 탄소원자로 구성된 단당류로, 아미노당인 뉴라민산(Neuraminic acid)의 여러 유도체들을 총칭한다.
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