황색포도상구균(SA)은 광범위한 박테리아 감염으로, 약 30%의 사람들이 비강에 황색포도구균 집락을 보유하고 있습니다. 일반적으로 무해하지만, 황색포도상구균은 병원 획득 및 지역사회 획득 감염의 주요 원인입니다. SA에 대한 백신 개발은 공중 보건을 변화시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 생쥐를 사용한 전임상 연구의 유망한 결과에도 불구하고 SA에 대한 모든 백신 후보는 역사적으로 임상 시험에서 성공하지 못했습니다.

캘리포니아 대학교 샌디에고 의과대학 연구원들은 최근 이러한 불일치에 대한 설명을 제공했습니다.

최근 Cell Reports Medicine에 발표된 새로운 연구에서 그들은 새로운 가설을 테스트했습니다. 즉, SA 박테리아가 처음으로 인간에게 식민지화되거나 감염될 때 신체를 속여 비보호 항체를 방출하도록 합니다. 이후 신체에 백신을 접종하면 이러한 비보호 항체가 우선적으로 회수되어 백신의 효과가 없게 됩니다.

그림은 SA(황금구)와 다양한 항원 및 항체를 보여줍니다. 우성 항원(보라색)은 SA가 비보호 항체(빨간색, 끝이 보라색)를 생성하도록 합니다. 이러한 비보호 항체는 백신 접종으로 생성된 항체(녹색, 보라색 끝)와 경쟁합니다. 하위 항원(파란색)을 표적으로 하는 백신은 더 많은 보호 항체(파란색 끝이 있는 녹색)를 생성하는 데 도움이 되어 백신의 효과를 더욱 높일 수 있습니다. 출처: JRCaldera/UC San Diego Health Sciences

SA는 인간과 독특한 관계를 맺고 있습니다. 이 박테리아는 상처 및 혈류 감염을 비롯한 많은 위험한 건강 합병증을 유발할 수 있지만, 이 박테리아는 비강과 피부에서 편안하게 살아가는 건강한 인간 미생물군집의 정상적인 부분이기도 합니다.

UC 샌디에고 의과대학 소아과 교수이자 수석 저자인 조지 리우(George Liu) 박사는 “SA는 오랫동안 인간과 함께 있어 공생균이자 치명적인 병원체 역할을 하는 방법을 배웠다”고 말했다. "SA에 대한 효과적인 백신을 개발하려면 이러한 생활방식을 유지하기 위해 사용하는 전략을 이해하고 극복해야 합니다."

연구 결과 및 시사점

면역 체계는 이물질로 간주되는 분자(항원이라고 함)에 반응하여 보호 항체를 방출합니다. 이러한 항체는 면역 체계의 기억에 저장되므로 다음에 면역 체계가 동일한 항원을 만나면 일반적으로 새로운 공격을 시작하기보다는 이전 면역 반응을 기억합니다.

공동 제1저자인 J.R. 칼데라(J.R. Caldera) 박사는 “이것은 병원체에 대한 장기적인 보호를 제공할 수 있는 효과적인 시스템이지만 병원체에 대한 초기 면역 반응이 실제로 보호적인 경우에만 작동한다”고 말했다. "SA를 독특하게 만드는 것은 박테리아 자체가 우리를 만나는 순간부터 면역체계를 회피할 수 있는 방법을 갖고 있으며 예방접종은 이러한 회피 전략을 강화할 뿐입니다."

SA 백신은 임상 시험에서 일방적으로 실패했지만 일반적으로 생쥐를 대상으로 한 전임상 연구에서는 잘 수행됩니다. 그 이유를 알아내기 위해 연구진은 건강한 지원자로부터 혈청을 수집하고 샘플에 있는 항SA 항체를 정량화하고 정제했습니다. 그런 다음 그들은 이 항체를 쥐에게 옮겨 SA에 대한 자체 보호 효과와 임상적으로 테스트된 여러 SA 백신 후보의 효능에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다.

이 그래픽 초록은 연구자들이 SA 백신 접종 후 면역 반응을 연구하기 위해 사용하는 실험적 접근법을 보여줍니다. 박테리아에 의해 생성된 독소와 같은 하위 우세 항원을 표적으로 하는 백신은 우성 항원을 표적으로 하는 백신보다 더 많은 보호를 제공할 수 있습니다. 출처: UC San Diego 보건과학부

연구자들은 인간 항-SA 항체를 주사한 생쥐와 이전에 SA에 노출된 생쥐에 대해서는 백신이 효과가 없다는 것을 발견했습니다. 그러나 SA나 인간 항체에 노출된 적이 없는 쥐에서는 백신이 효과가 있었습니다. 이전의 SA 백신 마우스 연구와는 달리, 연구진의 결과는 임상 시험 실패와 일치하며, 이는 그들의 실험 모델이 전임상 마우스 연구에서 SA 백신의 성공을 예측하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

백신 개발의 과제와 향후 방향

게다가, 그들은 그들이 관찰한 효과에 특정 항체가 관여한다는 것을 발견했습니다. 대부분의 최신 SA 백신의 기반이 되는 SA 박테리아의 세포벽을 공격하는 항체는 SA 감염으로부터 생쥐를 보호하지 못했습니다. 대조적으로, SA에 의해 생성된 독소에 대한 항체는 이를 성공적으로 중화했습니다.

공동 제1저자인 Liu 연구실의 프로젝트 과학자인 Chih Ming Tsai 박사는 "병원체에는 면역 체계가 반응하는 다양한 항원이 있을 수 있지만 항원이 우세한 계층 구조가 있습니다."라고 말했습니다. "대부분의 백신은 가장 강력한 면역 반응을 이끌어 내기 위해 우성 항원을 기반으로 합니다. 그러나 우리의 결과는 SA의 경우 규칙이 다르며 처음에는 약한 면역 반응을 유도하는 소위 하위 우세 항원을 표적으로 삼는 것이 더 유리할 것임을 보여줍니다."

연구자들은 신생항원을 표적으로 하는 향후 SA 백신의 가능성을 탐구하는 것 외에도 더 깊은 질문을 탐구하는 데에도 관심이 있습니다. 애초에 이 박테리아에 대한 인간의 자연 면역 반응이 왜 그렇게 효과적이지 않습니까?

Liu는 "어쨌든 SA는 우리의 면역 체계를 속일 수 있으며, 그것이 어떻게 우리의 면역 체계를 속이는지 알아내는 것은 기존 SA 백신을 개선하고 새로운 백신을 개발하는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다. "보다 광범위하게, 이러한 발견은 실패한 백신을 재평가하는 완전히 새로운 방법을 제시하며, 이 하나의 박테리아를 훨씬 뛰어넘는 의미를 가질 수 있습니다."

컴파일된 소스: ScitechDaily