항생제 내성 대장균 감염의 새 약물 표적 확인

University of Alberta 연구진이 요로감염(UTI)으로 매년 거의 250,000명의 사망을 일으키고 항생제 내성이 점점 커지고 있는 유해한 대장균(E. coli)을 치료할 새로운 약물 표적을 확인했다. 최근 Nature Communications에 게재된 연구는 세포막에 위치한 GlpG로 알려진 프로테아제가 인간 세포를 감염시키고 치료에 저항하는 박테리아의 능력에 핵심적 역할을 한다는 점을 보여준다.

"병원성 대장균의 이 프로테아제는 pili로 알려진 독성 인자의 형성에 필수적이다. pili는 박테리아 표면에 있는 작은 털 모양 부속물로, 박테리아가 조직에 부착하는 데 도움을 준다"고 수석 연구책임자이자 생화학 교수, 의학·치의학부 연구 부학장인 Joanne Lemieux는 설명한다. "또한 이 프로테아제는 박테리아를 면역계와 항생제로부터 보호해 지속적이고 만성적인 감염으로 이어지게 하는 바이오필름 형성에도 핵심적 역할을 한다."

연구팀은 병원성 대장균에서 GlpG 프로테아제를 억제했을 때 박테리아의 방광 및 신장 세포 부착과 침입을 막을 수 있음을 보여줬다. 또한 보호성 바이오필름의 형성을 중단시켰고, 이미 형성되기 시작한 바이오필름도 제거했다.

UTI로 인한 전 세계 사망률은 1990년부터 2019년 사이 140% 증가했으며, 이는 주로 흔히 처방되는 항생제 계열에 대한 내성 증가 때문이었다. WHO는 대장균을 중대한 우려 병원체로 지정했다. 2050년까지 항균제 내성으로 인한 사망이 암으로 인한 사망과 맞먹을 것으로 예상된다.

대장균 감염의 최대 5분의 1은 이미 항생제에 내성을 보인다. 프로테아제 억제제는 혈액 질환, HIV, COVID-19 같은 다른 질환 치료제으로 이미 사용되고 있다.

"UTI는 여성에게만 영향을 미치는 것이 아니다"라고 수석 연구책임자는 말한다. "만성 UTI를 앓는 소아 환자들이 있다. 카테터를 삽입한 남녀 환자 모두 요로감염에 걸린다. 사람들은 신장암 치료와 신장 질환에서 생존하지만, 이후 요로성 패혈증으로 사망하기도 한다." 병원성 대장균은 염증성 장질환, 크론병, 그리고 현재 수술적 교체가 필요한 요관 스텐트 폐색과도 관련이 있다.

현재 연구실은 장내의 유익한 대장균은 건드리지 않으면서 병원성 대장균의 프로테아제를 억제할 새로운 약물 개발에 집중하고 있다. 논문의 제1저자인 Jimmy Lu는 박사학위 논문의 일부로 이 연구를 수행했으며, 현재 산업 파트너인 Applied Pharmaceutical Innovation에서 Mitacs 박사후 펠로로 재직 중이다. 약물 개발에는 최대 10년이 걸릴 수 있지만, 연구실은 팬데믹 기간 이 분야의 경험을 축적했고 새로운 항바이러스제에 관한 여러 특허를 보유하고 있다.

연구팀은 생화학, 의학 미생물학, 소아과 분야 동료들과 협력했다. 이번 연구 자금은 Canada Foundation for Innovation, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Alberta Graduate Excellence Scholarship에서 지원받았다. 또한 WCHRI와 Striving for Pandemic Preparedness - The Alberta Research Consortium를 통해 Stollery Children's Hospital Foundation과 Alberta Women's Health Foundation의 지원도 받았다.