혁신적인 '지하철 지도'로 라임병의 새로운 치료 목표 밝혀

터프츠 대학교(Tufts University) 과학자들은 라임병을 표적으로 하는 화합물을 식별하기 위해 "지하철 지도" 모델을 사용하여 미래의 보다 정확한 치료법을 제시했습니다. 연구진이 만든 모델은 두 가지 기존 약물이 보다 선택적인 치료 옵션의 가능성을 가지고 있음을 보여줍니다. 그들은 라임병을 일으키는 박테리아의 주요 대사 활동을 보여주는 게놈 규모의 대사 모델 또는 "메트로 지도"를 개발했습니다.

이 지도를 사용하여 그들은 라임병이 숙주를 감염시키는 유일한 방법을 선택적으로 표적으로 삼는 두 가지 화합물을 성공적으로 식별했습니다. 그들의 연구 결과는 mSystems 저널 10월 19일자에 게재되었습니다.

두 약물 모두 부작용이 많기 때문에 라임병에 대한 실행 가능한 치료법은 아니지만 약물 표적과 가능한 기존 치료법을 예측하기 위한 컴퓨터 "지하철 지도"의 성공적인 사용은 다른 유익한 박테리아에 영향을 주지 않고 라임병만을 차단하는 미세한 물질을 개발하는 것이 가능할 수 있음을 시사합니다.

게놈 규모 대사 모델(GEM)은 유전자, 효소, 대사산물 및 기타 정보를 포함하여 생물학적 시스템의 알려진 모든 대사 정보를 수집합니다. 이러한 모델은 빅데이터와 기계 학습을 활용하여 과학자들이 분자 메커니즘을 이해하고, 예측하고, 이전에 알려지지 않았거나 알려진 생물학적 프로세스와 반대되는 새로운 프로세스를 식별하는 데 도움을 줍니다.

현재 라임병은 숙주 미생물군에 서식하고 다양한 유익한 기능을 수행하는 다양한 다른 박테리아와 함께 라임병 박테리아 Acinetobacter baumannii를 죽이는 광범위한 항생제로 치료됩니다. 만성 라임 증상이나 재발성 라임병이 있는 일부 사람들은 이것이 의학적 지침에 위배되고 효과적이라는 증거가 없음에도 불구하고 일년 내내 항생제를 복용합니다.

"우리가 여전히 사용하는 대부분의 항생제는 수십 년 전에 이루어진 발견에 기초하고 있으며 항생제 내성은 많은 세균성 질병에서 점점 더 큰 문제가 되고 있습니다"라고 Tufts University School of Medicine의 분자 생물학 및 미생물학 조교수인 Peter Gwin이 말했습니다. "미생물군집을 파괴하고 항생제 내성을 유발할 수 있는 광범위한 항생제로 환자를 치료하기보다는 개별 박테리아의 특정 경로를 표적으로 삼는 미량의 물질을 찾는 것이 점점 더 선호되고 있습니다."

'지하철도' 전산모델을 이용해 확인한 두 가지 화합물은 부작용이 심각한 항암제와 부작용으로 시장에서 퇴출된 천식약이었다. 모델에 의해 확인된 두 약물 모두 실험실에서 테스트되었으며 라임 박테리아를 죽이는 데 성공했으며 배양에서만 성공적인 것으로 나타났습니다.

"라임병은 그 효과가 매우 제한적이고 환경 의존도가 높기 때문에 좁은 범위의 약물에 대한 훌륭한 시험 사례입니다. 이로 인해 다른 박테리아에는 없는 방식으로 취약해집니다."라고 이번 연구의 수석 저자이자 면역학 교수이자 분자생물학 및 미생물학 교수인 Linden Hu는 말했습니다.

Gwen과 그녀의 공동 작업자는 코로나19 팬데믹 기간 동안 실험실에서 직접 작업할 수 없었을 때 이 컴퓨팅 모델을 개발했습니다. 이 모델을 사용하면 잠재적으로 과학자들은 힘든 기초 과학 단계 중 일부를 건너뛰고 보다 표적화된 치료법을 보다 신속하게 테스트하고 개발할 수 있습니다.

최근 Bay Area Lyme Foundation의 Emerging Leader Award를 수상한 Gwin은 "우리는 이제 이 모델을 사용하여 암 및 천식 약물의 독성은 없지만 라임병 과정의 동일하거나 다른 부분을 차단할 가능성이 있는 유사한 화합물을 검사할 수 있습니다."라고 말했습니다.

그웬과 후는 만성 라임 증상이 있는 사람들이 여전히 감염되어 있는지 또는 면역 기능 장애가 만성 증상을 유발하는지 확인하기 위해 다른 연구를 수행하고 있습니다. "사람들이 광범위한 항생제 대신 2주 동안 표적 라임 치료를 받고, 감염이 없는지 검사를 받고, 만성 증상이 지속되면 면역 반응을 길들이기 위해 약을 복용하는 날을 상상할 수 있습니다."

Gwin은 성병 매독과 클라미디아를 유발하는 박테리아, 로키산 홍반열을 유발하는 리케차와 같이 비교적 작은 게놈을 가진 다른 박테리아에 대해서도 유사한 계산 "지하철 지도"를 사용할 수 있다고 말했습니다. 그웬 팀은 이러한 박테리아 중 일부를 매핑하는 작업을 진행하고 있습니다.