결핵균, PE/PPE 단백질과 세포막 경직화로 약물 내성 및 면역 회피
새로운 연구는 결핵균이 PE/PPE 단백질을 통해 약물에 내성을 획득하고 세포막을 경직화하여 면역 방어를 회피하는 방식을 밝혀냈다. 결핵은 2024년 123만 명의 사망자를 낸 감염성 질환 사망 원인 1위를 유지하고 있다.
최근 획기적인 연구를 통해 Mycobacterium tuberculosis (결핵균) 이 현재 사용 가능한 가장 강력한 항생제 중 일부를 회피하는 중요하고도 이전에 과소평가되었던 메커니즘이 밝혀졌으며, 과학자들은 결핵을 일으키는 박테리아가 인간 세포 내부에서 생존하기 위해 사용하는 정교한 생물물리학적 전략을 발견했다. 결핵은 2024년 총 123만 명의 사망자와 1,070만 명의 감염자를 발생시키며, 세계에서 감염성 병원체에 의한 사망 원인 1위이자 HIV/AIDS 환자의 주요 사망 원인으로 남아 있다.
과학자들은 Mtb에서 관찰되는 약물 내성의 핵심 요인으로 PE/PPE 단백질이라는 단백질 계열을 규명했다. PE/PPE 단백질은 마이코박테리아 속에만 존재하는 그룹으로, 보존된 프롤린-글루탐산(PE) 및 프롤린-프롤린-글루탐산(PPE) 모티프에서 이름을 따왔으며, Mtb 게놈의 약 10%를 차지한다. 특정 PE/PPE 단백질은 마이코박테리아 세포 외피의 투과성과 구조적 완전성을 조절하여 항균 화합물의 유입 및 유출 역학을 변화시킨다. 또한 PE/PPE 단백질은 유출 펌프 시스템과 상호작용하여 세균 세포에서 항생제의 능동적 배출을 촉진하고, 세포벽 생합성 및 산화환원 균형을 포함한 주요 대사 경로를 조절하는 것으로 보인다. 동물 모델 실험에서 특정 PE/PPE 단백질이 결핍된 Mtb 균주는 이소니아지드와 리팜피신을 포함한 1차 항결핵제에 대한 내성이 유의미하게 감소한 것으로 입증되었다. 이러한 패러다임의 전환은 결핵의 약물 내성이 주로 표준 약물 표적 유전자의 돌연변이에 의해 주도된다는 전통적 관점에 도전하는 것이다.
2026년 2월 21~25일 샌프란시스코에서 열리는 제70회 생물리학회 연례 회의에서 발표될 예정이며 최근 bioRxiv에 게재된 이 연구는, 마이코박테리아가 면역 세포의 막과 융합하는 세포외 소포(extracellular vesicles) 라는 작은 패키지를 방출한다는 것을 보여준다. 이 소포에는 세포막을 더욱 경직하게 만드는 특수 지질이 포함되어 있다. 일반적으로 면역 세포는 유해 박테리아를 삼키면 이를 포식소포(phagosome)라는 구획에 가둔 뒤, 소화 효소를 포함한 리소좀과 융합한다. 마이코박테리아는 포식소포막을 경직화함으로써 이러한 융합이 일어나는 것을 막아, 사실상 우리 몸의 세포 내부에 자신을 보호하는 벙커를 구축한다. 연구진은 또한 이러한 소포가 감염된 세포에만 국한되지 않고 주변 면역 세포에도 영향을 미쳐, 박테리아와 접촉하기 전에 면역 세포를 약화시킨다는 사실을 발견했다. 이 연구는 지질 중심 접근법을 취하여, 세균 지질이 숙주 세포막에 도입되는 것만으로도 면역 기능 장애를 유도하기에 충분하다는 것을 보여준다. 유사한 세포외 소포 매개 막 효과가 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)과 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에서도 관찰되어, 병원균 사이에 진화적으로 보존된 전략임을 시사한다.
결핵은 Mycobacterium tuberculosis에 의해 발생하는 질환으로 주로 폐에 영향을 미치지만 뇌, 신장, 척추, 림프절 등 신체의 다른 부위에도 영향을 줄 수 있다. CDC는 미국에서 최대 1,300만 명이 잠복 결핵을 앓고 있는 것으로 추정한다. 치료를 받지 않으면 잠복 결핵 환자 10명 중 1명이 활동성 결핵에 걸린다. 미국 역사상 가장 큰 결핵 발병 중 하나는 2024년부터 2025년까지 캔자스에서 발생했으며, 이로 인해 활동성 감염 68건과 잠복 감염 91건이 발생했다. 결핵 발병률은 1953년 이후 꾸준히 감소했지만, 2020년 이후 사례는 증가하고 있다.
결핵은 에어로졸로 전파되는 질환으로, 감염된 사람이 숨을 쉬거나 말하거나 기침, 재채기, 노래를 할 때 방출되는 감염성 에어로졸을 흡입하면 전염된다. 활동성 결핵의 증상으로는 수 주간 지속되는 기침, 객혈 또는 가래, 흉통, 쇠약 또는 피로, 식욕 부진, 체중 감소, 오한, 발열, 야간 발한, 요통 등이 있다. 결핵을 치료하지 않으면 영구적인 폐 손상, 심각한 출혈, 폐 외부로의 확산 및 감염, 사망 등의 합병증이 발생할 수 있다.