건국대학교 KU융합과학기술원 김양미 교수(시스템생명공학과) 연구팀이 곤충 항균 펩타이드의 패혈증 치료 원리를 규명해 치료제를 개발할 수 있는 가능성을 높였다고 4일 밝혔다.
김 교수팀은 곤충의 향균 펩타이드가 그람음성균의 세포 외막 성분인 내독소(LPS)와 결합해 톨유사수용체(TLR) 4를 제어함으로써 패혈증을 치료하는 원리를 구조 기반 상호 작용으로 규명했다. 관련 연구는 세계적 권위의 국제 학술지인 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 온라인 게재됐다.
우리 몸은 그람음성균에 감염되면 선천성 면역 시스템에서 핵심적 역할을 하는 TLR4가 MD-2 단백질과 복합체를 형성하며, LPS의 분자 패턴을 인식해 면역 반응을 일으킨다. 이때 LPS에 의해 과도한 면역 반응이 일어나게 되면 사이토카인 폭풍을 유도하고 치명적인 패혈증으로 진행된다.
인간과 같은 고등동물이 후천성 면역 시스템을 함께 가동해 몸을 방어하는 것과는 달리, 곤충은 선천성 면역 시스템만으로 병원균의 침입을 방어하는데 이때 살균 능력을 갖춘 항균 펩타이드와 같은 선천성 면역 인자를 분비한다.
김 교수팀은 곤충의 세크로핀 계열 항균 펩타이드인 파필리오신이 여러 약물에 내성을 지닌 그람음성균 치료의 최후 보루 항생제로 불리는 폴리믹신보다도 10배 이상 강한 결합력으로 LPS를 제거한다는 것을 확인했다. 또 비슷한 결합 패턴으로 LPS와 TLR4의 결합을 방해해 과도한 TLR4 면역 반응을 제어, 패혈증을 원천적으로 치료하는 핵심 원리를 규명했다.
김 교수는 곤충의 선천성 면역 인자인 항균 펩타이드 분자 구조와 그람음성균의 LPS 분자 패턴의 유사성에 착안해 LPS를 인식하는 인간의 TLR4 매개 면역 반응 조절과 곤충의 톨 수용체를 포함하는 선천성 면역 반응이 구조, 기능적으로 비슷할 것임을 시사했다.
김 교수는 단백질과 항균 펩타이드의 삼차원 구조를 연구해 다양한 신약을 개발해 왔고 항생제와 화장품 소재로 실용화해 왔다. 김 교수는 이번 연구 결과에 기반해 설계한 12개 잔기 신규 펩타이드의 패혈증 치료 효과를 확인했으며, 그람음성 내성균에 대처할 치료제로 개발하고 있다. 최근 김 교수가 단디바이오사이언스와 공동 연구로 LPS와의 결합 구조에 기반해 개발한 DD-S052 펩타이드 패혈증 치료제는 전임상 시험이 완료돼 올해 임상 1상에 진입할 예정이다.
김 교수는 "최근 항생제 남용에 따른 슈퍼 박테리아의 등장과 세균 감염으로 인한 패혈증 사망률이 급증하고 있다"며 "이번 연구는 내성균 치료제 개발을 위한 원천 기술 확보로 그 파급 효과가 클 것으로 기대된다"고 말했다.
이번 연구성과는 과학기술정보통신부의 중견연구사업의 지원으로 수행됐다.
