백신 조력자에서 세균 저격수로…지질나노입자의 반전 활약

작성일 08-12

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 생명硏 리포트 김다정 감염병연구센터 박사 유전정보 감싼 '기름 방울 택배' 슈퍼박테리아 치료에 응용 
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 김다정 생명연 선임연구원이 박테리아에 지질나노입자 처리 후 효과를 확인하고 있다. /생명연 제공
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 우리가 불과 1년 만에 전 세계적 감염병인 코로나19에 맞설 백신을 확보할 수 있었던 배경에는, 눈에 보이지 않지만, 핵심적인 역할을 한 기술이 있다. 코로나19 mRNA 백신은 바이러스를 직접 주입하지 않고, 그 유전정보만을 mRNA 형태로 전달해 인체가 스스로 면역 단백질을 생성하도록 유도한다. 그러나 mRNA는 불안정해 체내에서 쉽게 분해되기 때문에, 이를 안전하게 세포 안으로 운반할 전달체가 필요했다. 이 역할을 맡은 것이 바로 mRNA 백신의 ‘숨은 조력자’로 불리는 지질나노입자(LNP) 기술이다.
 ◇슈퍼박테리아까지 겨냥한 나노기술
 지질나노입자는 이름 그대로 기름 성분으로 만든 지름 수십~수백 나노미터 크기의 작은 입자로, 쉽게 말해 유전정보를 감싼 ‘기름 방울 택배’라고 할 수 있다. 이 택배는 우리 세포의 막과 비슷한 성분으로 이루어져 있어 자연스럽게 세포 안으로 스며들 수 있고, 내용물을 안전하게 전달한 뒤에는 사라진다. 지질나노입자가 없었다면, mRNA 백신은 체내에 도달하기도 전에 파괴됐을 것이다.
 이 미세한 입자는 인체 내 세포에 들어가 유전 정보를 전달하는 탁월한 능력을 지녔다. 그런데 이 기술이 이제 박테리아, 그중에서도 ‘항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아’를 치료하는 데까지 응용되고 있다. 최근 한국생명공학연구원에서 발표한 연구에 따르면 국내 연구진은 지질나노입자를 활용해 박테리아에 유전물질을 전달시키는 데 성공했다. 현대 의학이 가장 무서워하는 적 중 하나는 바로 항생제 내성균, 이른바 슈퍼박테리아인데 여러 종류의 항생제에 저항력을 가진 이 세균들은 기존 치료제로는 잘 죽지 않는다.
 개발된 지질나노입자는 기존 항생제와는 완전히 다른 방식으로 작동한다. 항생제는 박테리아의 외막이나 세포 내 단백질에 작용하지만, 이 기술은 박테리아의 내부로 침투해 박테리아의 유전물질을 절단하는 방식으로 작동한다. 말하자면 치명적인 무기를 박테리아에 심는 셈이다. 코로나19 백신이 mRNA라는 유전물질을 전달했다면, 새로 개발된 지질나노입자는 크리스퍼 유전자 편집 시스템(CRISPR-Cas13a)을 박테리아에 전달하고 세균 내부의 RNA를 무작위적으로 분해한다. 박테리아 내부의 RNA는 박테리아의 생존을 위해 필수적인 요소이므로 RNA가 분해된 박테리아는 사멸한다.
 ◇감염병 치료 판도 바꿀까
 박테리아를 유전자 편집 기술로 사멸시키는 방식이 인체에 위험을 초래하지 않을지 우려의 목소리도 나온다. 연구진은 지질나노입자 안에 넣은 유전자 편집 시스템이 박테리아 고유의 유전자 서열을 인식하여 작동하도록 설계했다. 유전자 편집은 그 강력한 기능만큼, 표적 외 작용(off-target effect)에 대한 우려도 함께 존재하지만, 박테리아 유전자 염기서열을 인식하도록 설계한 만큼 인체 유전자에 작용할 확률은 매우 낮다.
 지질나노입자 기술은 백신을 넘어서 박테리아 치료에까지 그 가능성을 확장하고 있다. 또한 암 치료, 희귀 유전 질환, 염증성 질환 등 다양한 분야에 이미 적용되고 있다. 박테리아 치료 기술에 있어서는 기존 항생제와 같은 방식이 아니라, 완전히 새로운 기전으로 병원균을 제거한다는 점에서 의의가 크다. 오랜 시간 동안 진화하며 항생제에 맞서온 박테리아에게, 마침내 인간이 새로운 무기를 들고나온 것이다.
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