광범위한 조사에서 EMBL 과학자들은 항미생물 저항성을 갖고 사망을 초래하는 일부 주요 질병 유발 박테리아에 대해 10,000개 이상의 약물 조합을 테스트했습니다. 병원균이 항생제 치료에 저항하는 항균제 내성은 세계 보건에 대한 시급한 과제입니다. 2022년 연구에 따르면 2019년에 거의 500만 명의 사망자가 항생제에 내성이 있는 박테리아와 관련이 있었고, 이들 사망자 중 100만 명 이상이 항생제 내성으로 인해 직접적으로 발생한 것으로 나타났습니다.
새로운 연구에서 하이델베르크 EMBL 연구소의 Typas 그룹 연구원들은 일반적인 다제 내성 박테리아에 대한 10,000개 이상의 약물 조합의 효능을 체계적으로 분석했습니다.
이번 연구의 제1저자이자 Typas 그룹의 박사 과정 학생이었던 Elisabetta Cacace는 "이전에는 특정 약물 조합, 특히 병원에서 일반적으로 처방되는 약물 조합이 연구되었습니다"라고 말했습니다. "그러나 우리는 특히 숙주를 고려하지 않고 다양한 종류의 항생제의 조합 또는 항생제와 비항생제 약물의 조합이 박테리아 생리에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 체계적인 이해가 부족했습니다."
Ezoic Cacace는 MD이며 현재 ETH Zürich의 박사후 연구원입니다. 박테리아 상호 작용(환경 또는 다른 종과의) 및 생리학을 연구하기 위한 높은 처리량 방법을 전문적으로 개발하는 Typas 그룹에서 근무했습니다.
다양한 항생제는 박테리아 내의 다양한 세포 구조나 과정을 표적으로 삼습니다. 이들은 시너지 효과를 발휘할 수 있습니다. 즉, 결합된 활성이 단독으로 작용하는 각 약물보다 더 크다는 의미입니다. 그러나 서로 길항적일 수도 있습니다. 이 경우 하나의 존재가 다른 약물의 활성을 방해합니다. 이러한 길항작용은 장내 미생물군에 대한 항생제의 부수적 손상을 완화하는 데 사용될 수 있습니다.
이전 연구에서 Typas 그룹의 연구자들은 대장균(E. coli), 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella Enteritidis) 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)과 같은 많은 치명적인 항균 내성 병원체를 포함하는 그룹인 그람 음성 박테리아를 표적으로 하는 약물 조합을 분석했습니다. 그러나 메티실린 내성 변종(MRSA)으로 인해 매년 수십만 명의 목숨을 앗아가는 황색포도상구균을 비롯한 많은 치명적인 항균 박테리아도 그람 양성균입니다. 이들 박테리아의 세포벽 구조는 그람 음성 박테리아의 세포벽 구조와 다르며, 이는 약물의 활성과 효과에 영향을 미칩니다.
현재 연구에서 팀은 고급 로봇 장치를 사용하여 세 가지 대표적인 그람 양성 박테리아(고초균, 황색포도상구균 및 폐렴구균)에 대한 항생제와 비항생제 약물의 수백 가지 다양한 용량 조합의 효과를 동시에 연구했습니다. 연구진은 모든 주요 범주에 걸쳐 65가지 항생제의 8,000개 이상의 조합 외에도 항생제와 비항생제 약물의 2,500개 이상의 조합도 분석했습니다.
이 전략을 사용하여 팀은 시너지 효과와 적대감을 포함하여 수천 가지 이상의 상호 작용을 발견했습니다. 이러한 효과는 이전에 그람 음성 박테리아 연구에서 발견된 상호 작용과는 달리 매우 종 특이적이며 심지어 계통 특이적입니다. 그들은 또한 나방 유충을 병원체로 감염시키고 회복을 돕는 특정 약물 조합의 능력을 테스트함으로써 생체 내에서 이러한 결과 중 일부를 검증했습니다.
연구원들은 다른 과학자들이 보고, 탐색하고, 새로운 시너지 효과와 적대감을 찾는 데 사용할 수 있도록 완전한 상호 작용 데이터베이스를 공개적으로 만들었습니다.
"우리는 이 연구의 규모가 이 연구를 독특하게 만든다고 생각합니다. 그것은 앞으로 수년 동안 모든 종류의 가설에 대한 자료를 제공할 만큼 풍부한 데이터 세트입니다"라고 Kakas는 말했습니다. "이전에 알려지지 않았던 특정 세포 과정을 표적으로 삼는 약물 간의 상호 작용을 보고 있기 때문에 시스템 생물학 관점에서도 이것이 흥미롭다고 생각합니다."
EMBL의 그룹 리더이자 해당 연구의 수석 저자인 Nassos Typas는 "우리는 항균제 내성을 퇴치하기 위한 새로운 전략이 시급히 필요한 시대에 살고 있으며, 새로운 항생제의 개발은 기술적으로 어렵고 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요됩니다."라고 말했습니다. "이 연구에서 우리가 수행한 체계적인 약물 상호 작용 분석은 박테리아 감염에 대한 대체 솔루션과 치료법을 열어줍니다."