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Health독/약약이되는 독

이이제이 : 세균으로 세균 잡기

독을 희석하면 약이 된다
- 문제는 양이다 : 독이 되는 양이 있다
- 지상 최강의 독 Botox가 만병통치약 ?
- 적당한 스트레스는 약이다
- 알러지 치료 : 오염, 기생충, 이이제이

강석기 과학칼럼니스트 kangsukki@gmail.com

- 세균의 집단생활

이런 위기 상황에서 과학자들은 새로운 길을 모색하고 있는데, 그 가운데 하나가 박테리아로 박테리아를 무찌르는 전략이다. ‘오랑캐로 오랑캐를 제압한다’는 뜻의 사자성어 ‘이이제이(以夷制夷)’가 글자그대로 적용되는 방법이다.


박테리아를 희생 제물로 삼아 증식하는 박테리아인 브델로비브리오의 생활사. 박테리아 세포 안으로 침입해 증식한 뒤 박테리아를 깨고 나온다. - 위키피디아 제공

미국 뉴저지의대 치의대 구강생물학과 다니엘 카두리 교수팀은 박테리아를 공격하는 박테리아 용병 두 종으로 병원균을 퇴치할 수 있는 가능성을 보여주는 연구논문 두 편을 올해 5월과 6월 학술지 ‘플로스 원’에 잇달아 발표했다. 연구자들은 다른 박테리아의 세포 안에 침입해 파괴하는 박테리아인 브델로비브리오 박테리오보루스(Bdellovibrio bacteriovorus) 2가지 균주와 다른 박테리아의 세포 표면에 달라붙어 죽이는 박테리아인 마이카비브리오 에루기노사보루스(Micavibrio aeruginosavorus)가 인체에 감염하는 항생제내성 병원균들을 얼마나 효과적으로 퇴치하는지 조사했다.

즉 폐렴이나 패혈증, 장질환 등 심각한 병을 일으키는 아시네토박터균(Acinetobacter baumannii, 2가지 균주), 대장균(Escherichia coli, 5가지), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae, 5가지), 녹농균(Psedomonas aeruginosa), 슈도모나스 푸티다(Psedomonas putida) 등 5종 14가지 균주의 배양액에 위의 박테리아 용병을 투입한 뒤 병원균의 변화를 관찰했다. 참고로 유비저균은 이전에는 슈도모나스속(屬)으로 분류되기도 했다.
실험 결과 브델로비브리오 한 균주(HD100)는 14가지 병원균 모두에 대해 100분의 1~1만분의 1 수준으로 세포수를 줄이는 효과를 보였다. 델로비브리오 109J 균주도 13가지에 대해 효과를 보였다. 마이카비브리오의 경우 폐렴간균 5가지 균주와 슈도모나스 두 종에 대해서만 테스트를 했는데 5가지에 대해 효과가 있었다. 연구자들은 이 결과를 5월호에 실었다. 그런데 박테리아 용병이 병원균만 죽이고 인체에는 무해하다고 어떻게 장담할 수 있을까.

이 의문에 답하기 위해 연구자들은 먼저 인체각막윤부상피세포 배양액에 박테리아 용병을 넣고 관찰했다. 이 세포를 대상을 삼은 건 세균성 각막염 같은 눈질환을 치료하는데 박테리아 용병을 쓰는 상황을 가정했기 때문이다. 그 결과 이들 박테리아는 사람 세포를 이용해 증식하지 못했고 염증반응을 유발하지도 않았다. 다음으로 박테리아 병원성을 확인하는 모델 동물인 꿀벌부채명나방 애벌레에 박테리아 용병을 대량 투입했는데 역시 별다른 피해를 주지 않았다. 결국 용병들은 진핵생물은 공격하지 않는다고 6월호 논문에서 결론을 내렸다. 아직 사람을 대상으로 본격적인 임상을 시작하지는 않았지만 박테리아 용병은 항생제 내성 병원균을 통제하는 중요한 수단이 될 가능성이 있다.

● 성공률 90%에 이르는 분변이식


클로스트리디움으로 인한 장내세균불균형을 분변이식으로 회복하는 메커니즘. 항생제를 복용하면 다양한 장내미생물이 균형을 이루고 있는 상태(a)가 일시적으로 교란되지만(c) 회복된다. 하지만 병원성 클로스트리디움이 우점하면 장내세균불균형 상태가 지속되면서 심각한 병증이 생긴다(f). 이때 분변을 넣어 클로스트리디움의 우점을 무너뜨려 장의 항상성을 회복한다. - 플로스 병원체 제공

학술지 ‘네이처’ 6월 13일자에는 박테리아를 이용하는 또 다른 치료법에 대한 흥미로운 뉴스가 실렸다. 미국 식품의약품안전처(FDA)가 ‘분변이식(faecal transplant)’에 대한 표준화 방법을 논의하기 위한 세미나를 했다는 소식인데, 콩팥이식, 간이식은 들어봤어도 분변이식, 즉 다른 사람의 똥을 환자 장에 넣어주는 게 치료라니 말이 되는가.
다소 황당하게 들리겠지만 사실 분변이식에서 진짜 옮기고자 하는 건 분변에 섞여 있는 장내미생물이다. 즉 정상인의 장내미생물을 용병으로 들여와 장에 문제를 일으키고 있는 병원균을 무찌른다는 것. 미국의 경우 여러 병원에서 항생제내성이 있는 클로스트리디움 디피실리(Clostridium difficile)라는 세균을 통제하기 위한 마지막 방법으로 분변이식을 시행하고 있다고 한다.
클로스트리디움은 건강한 사람의 장에서도 발견되는 장내미생물의 하나로 평소에는 다른 미생물에 눌려 조용히 지내지만 병이나 수술로 고강도 항생제 처방을 받아 장내미생물 균형이 무너지면 기지개를 켠다. 그 결과 장내 면역계를 교란해 염증을 유발하고 설사, 열, 식욕부진, 구토 등 다양한 증상을 일으킨다. 클로스트리디움에 대한 유일한 해결책은 반코마이신 같은 정말 독한 항생제를 쓰는 것인데, 약을 쓸 때만 잠잠해지고 약을 끊으면 바로 재발하는 경우가 많다. 결국 환자는 기진맥진이 되고 그 결과 미국에서만 매년 수만 명이 이 병원균 때문에 목숨을 잃는다.

그런데 이렇게 고생하는 환자들에게 분변이식을 하면 놀랍게도 열에 아홉은 병에서 완전히 회복된다. 그러다보니 FDA에서 나서서 분변요법의 표준화 방안까지 논의하게 된 것이다. 기사를 보면 여러 병원에서 시행한 임상결과가 표로 정리돼 있는데 방법이 조금씩 다르다. 예를 들어 메이요클리닉에서는 대장내시경을 이용해 세상에 나온 지 6시간이 안 된 ‘신선한’ 똥 50그램을 환자의 장에 넣어주는데, 40여명 가운데 90~95%의 성공률을 보였다. 캐나다 토머스루이의원은 ‘똥캡슐’을 만들어 환자 33명에게 복용시켰는데 100% 회복됐다고 한다.

그러나 이식에 앞서 매번 건강한 사람의 분변을 받는 것도 문제이고 또 만에 하나 분변 속에 다른 병원균이 있을지도 모르기 때문에 사실 이 방법으로 분변요법의 표준화를 이루기는 어려워 보인다.

건강한 사람의 분변에서 분리한 장내미생물 33종을 배양해 혼합한 합성분변 리푸플레이트를 개발한 캐나다 퀸즈대 엘레인 페트로프 박사. - 네이처 제공
건강한 사람의 분변에서 분리한 장내미생물 33종을 배양해 혼합한 합성분변 리푸플레이트를 개발한 캐나다 퀸즈대 엘레인 페트로프 박사. - 네이처 제공 그래서인지 기사에서도 좀 더 가능성이 있어보이는 캐나다 퀸즈대 엘레인 페트로프 박사팀의 연구를 사진과 함께 부각시켰다. 이들은 분변 자체를 쓰는 대신 건강한 사람의 분변에서 얻은 장내미생물 33종을 각각 배양해 혼합한 합성분변 ‘리푸풀레이트(RePOOPulate)’를 개발했다. 클로스트리디움 감염으로 위독해진 환자 두 명에게 합성분변을 넣어 회복시킨 결과를 지난 1월 학술지 ‘마이크로바이옴’에 발표했고, 현재 30명을 대상으로 임상시험을 진행할 계획이라고 한다.
시장에 나와 있는 수많은 항균제품을 보면 지금도 여전히 우리 주변에서 미생물을 완전히 없애버리는 게 건강한 삶을 유지하는 길이라고 믿는 사고방식이 주류인 것 같다. 그러나 이런 전략에 30억 년 역사를 갖는 박테리아가 항복할 가능성은 없어 보인다. 인체는 미생물들이 거주하는 생태계라는 관점이 오히려 제대로 된 해결책을 찾는 출발이 아닐까. 여우가 사라지고 토끼가 들끓어 황폐해진 숲을 회복시키겠다고 토끼사냥에 나서느니 여우를 들여와 알아서 생태계 균형을 맞춰가게 하는 게 고생을 덜 하는 고수의 전략으로 보인다.

살모넬라 세균으로 암을 치료한다.

새로운 연구에서는 유전자변형된(GM) 박테리아를 암세포를 죽이는데 사용될 수 있다는 것이 증명되었다. 이 연구는 미국 미생물학회(American Society of Microbiology) 온라인판에 게재 되었다.
이 연구를 이끈 애리조나 주립대학 미생물학과 연구팀은 ”GM미생물을 이용하여 고형 종양(solid tumors)의 세포를 표적하고 파괴하는 것은 오랜 관심이었다. 이 연구는 암 치료법의 하나로써 살모넬라(Salmonella)를 이용하는 방법에 도움이 되는 전략을 개발하는데 중요한 방향을 제시해 줄 것이다.”고 말했다.
연구자들은 수년에 걸쳐 살모넬라 엔터리카(Salmonella enterica)를 포함해 암세포를 죽일 수 있는 박테리아 균주를 연구해 왔다. 특히 살모넬라 엔테리카 혈청형 변이주 티피무륨(Salmonella enterica serovar Typhimurium)은 고형 종양에서 서식할 뿐만 아니라, 항-종양효과가 있는 것으로 확인되었다.
그러나 암에 대항하는 수단으로써 살모넬라를 사용하기 위해서 연구자들은 암세포는 죽이되 환자에게 안전하도록 균형점을 찾아야 했다. 살모넬라는 흔히 사람에게 패혈증과 사망에 이르게 하는 심각한 식중독을 일으키는 균으로 알려져 있다.

세균요법(bacterial therapy) - 혐기성 세균으로 암을 치료한다.

   의학약학  양병찬 (2014-08-18 09:28)

「세균을 이용한 암 치료법」을 부활시키려는 최근의 노력은 장벽에 부딪혔다.
예컨대, 약화된 살모넬라균을 정맥에 주입하는 방법은 “안전하기는 하지만 종양에 미치는 영향은 거의 없다”는 임상시험 결과가 나왔다. 이에 존스홉킨스 대학교의 연구진은 Clostridium novyi라는 토양세균을 집중적으로 연구하고 있다. 그 이유는 “종양 속에는 산소가 희박한데, 마침 C. novyi는 혐기성 세균이어서, 산소가 부족한 곳을 선호하기 때문”이다.

유독한 세균들로 가득 찬 주사기는 언뜻 보기에 암환자의 기피대상 1호일 것 같다. 그러나 개(犬)와 - 비록 한 명에 불과하지만 - 인간을 대상으로 실시된 새로운 연구에 의하면, 특정 세균들을 종양에 직접 주입할 경우, 종양의 크기를 줄이거나 심지어 제거할 수도 있다고 한다. 이번 연구결과는 - 비록 일부 임상시험에서는 신통찮은 결과가 나왔음에도 불구하고 - 세균을 이용한 암 치료법의 효과를 입증하는 것으로 여겨진다.

"세균감염이 종종 종양을 치료하기도 한다"는 사실이 처음 밝혀진 것은 200여 년 전의 일이다. 하지만 이런 방법을 처음 임상에 적용할 생각을 한 사람은 뉴욕의 잘나가는 외과의사 윌리엄 콜리였다. 1890년대에 그는 "일부 환자들에게서 나타난 종양(연조직 육종: soft tissue sarcomas)의 퇴행(regression)은 연쇄상구균 감염(Streptococcal infection) 때문"이라는 가설을 세우고 암 환자들에게 연쇄상구균(Streptococcus) 생균(生菌)을 주입함으로써 종양을 치료하기 시작했다. 그러나 두 명의 환자들이 감염으로 사망하자, 그는 작전을 바꿔 '죽은 세균'을 주입함으로써 1,000명 이상의 환자들을 치료하는 데 성공했다. 그가 사용한 '죽은 세균'에는 콜리독소(Coley's toxin)라는 이름이 붙었는데, 구체적으로 Streptococcus pyogenes와 Bacillus prodigiosus(Serratia marcesens)의 사균(死菌)으로 구성됐었다(http://cancerguide.org/coley.html). 콜리는 이 독소를 종양에 직접 투입하거나 혈류에 주입함으로써 많은 환자들의 목숨을 살렸다.

그러나 방사선치료, 화학요법, 수술 등의 현대적 치료법들이 등장하면서, 콜리의 접근방법은 역사의 뒤안길로 사라졌다. 하지만 1999년 콜리의 사례들을 재검토한 결과, 그의 치료 성공률은 현대의 암 치료법에 필적했던 것으로 밝혀져 과학자들을 놀라게 했다(☞【참고】).

많은 과학자들의 노력에도 불구하고, 세균을 이용한 암 치료법(bacterial cancer treatment)을 부활시키려는 최근의 노력은 장벽에 부딪혔다. 예컨대, 약독화(弱毒化)된 살모넬라균을 정맥에 주입하는 방법은, 임상시험에서 “안전하기는 하지만 종양에 미치는 영향은 거의 없다”는 결론이 나왔다. 지난 10여 년 동안 존스홉킨스 대학교의 버트 보겔스타인 교수(암유전학)가 이끄는 연구진은 다른 세균, 즉 흙 속에 사는 Clostridium novyi(보툴리누스균의 사촌뻘)을 집중적으로 연구해 왔다. 그 이유는 “종양 속에는 산소가 부족한데, 마침 C. novyi는 혐기성 세균이어서, 산소가 부족한 곳을 선호하기 때문”이다. “C. novyi는 종양 속에서 성장하고 분열하여 암세포를 죽인다. 우리는 ‘C. novyi가 종양을 파괴하는 효소를 분비한 다음, 파괴된 종양의 찌꺼기를 먹어치운다’는 가설을 세웠다”라고 바이오메드밸리 디스커버리스(BioMed Valley Discoveries Inc., 미주리주 캔자스시티 소재 바이오업체)의 사우랍 사하 박사(암 연구자)는 말했다. 사하 박사는 『Science Translational Medicine』 8월 13일호에 실린 논문의 공동저자다.

보겔스타인 교수가 이끄는 연구진은 이번 연구에서, C. novyi의 아포(spore)를 랫트의 뇌종양 부위에 주입함으로써 랫트의 생존기간을 연장시킬 수 있었다. 그러나 실험동물에게서 성공한 방법을 인간에게 바로 적용할 수는 없으므로, 연구진은 인간과 좀 더 가까운 동물을 실험대항으로 택했다. 그것은 개(犬)였다. 인간과 마찬가지로, 개는 유전적으로 실험실의 설치류보다 훨씬 다양하다. 또한 실험용 설치류의 종양은 연구자들에 의해 유발된 것인 데 반해, 개의 종양은 - 인간의 종양과 마찬가지로 - 저절로 생겨났다는 장점이 있다.

연구진은 소유주들의 동의를 받아, 16마리의 애완견들에게 C. novyi의 아포를 주입했다. (애완견들은 기존의 치료법으로는 치료가 불가능한 종양에 걸린 상태였다.) 치료 결과, 16마리 중 6마리는 종양의 크기가 줄어들거나 사라졌고, 다른 5마리는 종양의 증식이 멈춘 것으로 나타났다. 종양의 증식이 멈추거나 크기가 줄어든 개들 중 여러 마리는 종양 제거수술을 받았다.

동물실험 결과에 고무된 연구진은 인간을 대상으로 한 임상시험에 착수했다. 첫 번째 대상자는 복부종양(abdominal tumor)이 전신의 여러 부분(오른쪽 어깨 포함)으로 전이된 환자였다. 연구진은 개에게 투여된 분량의 1%에도 못 미치는 세균을 환자의 어깨에 주입했는데, 종양의 증식이 둔화되기 시작했다. 그러나 문제는 특이한 부작용이 나타난다는 거였다. 종양은 위팔뼈(humerus)로 침투한 상태였는데, 암세포가 파괴됨으로 인해 위팔뼈가 갈라져, 이를 복구하려면 별도의 정형외과 수술이 필요했다. 환자는 결국 다른 부위로 전이된 종양 때문에 사망하고 말았다.

연구진은 선행연구에서, “C. novyi는 종양세포를 파괴할 뿐만 아니라, 면역세포를 자극하여 암을 공격하게 한다”고 보고한 바 있다. “C. novyi는 산소가 부족한 환경(oxygen-poor milieu)에서만 생존하기 때문에, 종양을 특이적으로 공격한다. 그것은 종양과 정상세포를 구별한다”고 사하 박사는 말했다. 연구진은 임상시험을 계속 진행하여, 세균요법(bacterial therapy)에 잘 반응하는 종양의 종류를 밝혀낼 계획이다.

연구진은 세균감염의 부작용을 막기 위해 세균의 독성을 약화시켰고, C. novyi는 산소에 노출되면 사망하기 때문에 전파능력이 제한된다. 그럼에도 불구하고, 이번 연구에 사용된 개들과 인간 환자는 항생제를 투여받았다. 또한 연구원들은 보호복 및 장갑 착용 등의 감염방지 조치를 취했다.

“이번 연구는 큰 의미가 있다. 왜냐하면 ‘세균요법이 실험동물의 유도된 종양(induced tumors)뿐만 아니라 실제 종양(real tumors)에도 효과가 있다’는 것을 증명했기 때문이다. 경우에 따라서는 기존의 다른 치료법들(예: 방사선요법)을 이용하여, 세균의 공격을 용케 피한 종양세포들을 처치할 수도 있을 것으로 보인다”라고 암 콜로라도 주립대학교 산하 플린트 동물암연구소의 더글러스 탬 박사(암생물학, 동물종양학)는 논평했다.

“이번 논문은 매우 훌륭하고도 중요하다”라고 안티캔서(AntiCancer Inc, 캘리포니아주 샌디에이고 소재 바이오 업체)의 로버트 호프먼 박사(암생물학)는 말했다. 호프먼 교수가 이끄는 연구진은 (선행연구에서 사용됐던 것과는 다른) 살모넬라균이 다양한 종양을 치료할 수 있음을 입증한 바 있지만(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jcb.24769/abstract), 동물실험 단계에 머물러 있을 뿐 아직 임상시험을 해 본 적은 없다.

“세균요법의 단점 중 하나는 ‘대부분의 환자들은 원발성 암(original cancer)보다는 전이성 암(metastatic cancer) 때문에 목숨을 잃지만, 치료용 세균은 종양 부위에 직접 주입되는 관계로 전이성 암을 공격하지 못한다’는 것이다. “세균요법의 효과를 향상시키고 사용 범위를 넓히려면 전이성 암을 겨냥하는 방법을 강구해야 한다”고 호프먼 박사는 말했다.

※ 원문정보: Saurabh Saha et al., "Intratumoral injection of Clostridium novyi-NT spores induces antitumor responses", Sci Transl Med 13 August 2014: Vol. 6,  Issue 249,  p. 249ra111, Sci. Transl. Med. DOI: 10.1126/scitranslmed.3008982
(http://stm.sciencemag.org/content/6/249/249ra111)

※ 출처: Science News (http://news.sciencemag.org/biology/2014/08/bacteria-shrink-tumors-humans-dogs)

 

 

 

 

 

 


페이스북       방명록      수정 2015-05-19 / 등록 2013-08-06 / 조회 : 10885 (499)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언