결핵과 싸우는 바이러스의 구조적 이미지

항산균은 세계에서 가장 치명적인 박테리아로, 결핵(TB)을 포함한 감염성 질환을 유발하며, 매년 백만 명 이상의 목숨을 앗아갑니다. 항생제 내성 항산균 감염 사례가 증가하고 있으므로 이러한 감염병을 퇴치할 새로운 약물이 절실히 필요합니다.

스크립스 연구소와 피츠버그 대학교의 과학자들은 첨단 영상 기술을 사용하여 파지(phage)라고 불리는 작은 바이러스가 마이코박테리아(Mycobacteria) 에 어떻게 침투하는지 자세히 살펴보았습니다. 2025년 4월 15일 Cell 에 발표된 이 연구는 항생제 내성 마이코박테리아에 대한 파지 기반 치료법 ​​개발의 길을 열 것으로 기대됩니다.

스크립스 연구소 조교수이자 이번 연구의 공동 선임 저자인 동현 라파엘 박은 "파지는 수백만 년에 걸쳐 특정 박테리아를 정확하게 표적으로 삼도록 진화해 왔습니다."라고 말합니다. "하지만 파지를 효과적인 치료제로 개발하려면 파지가 마이코박테리아 와 어떻게 상호작용하는지 더 자세히 알아야 합니다."

바이러스를 이용하여 약물 내성균을 공격하는 파지 요법은 항생제의 잠재적 대안으로 주목을 받고 있습니다. 파지 요법은 일반적인 항생제와는 다른 박테리아의 특징을 인식하기 때문에, 기존 약물이 인식하지 못하도록 진화한 병원균을 사멸시킬 수 있을 것으로 예상됩니다. 그러나 마이코박테리아를 표적으로 하는 파지, 즉 마이코박테리오파지는 아직 제대로 이해되지 않았습니다. 과학자들은 파지의 구조와 마이코박테리아를 인식하고 감염시키는 방식에 대한 이해가 부족했습니다.

파크는 피츠버그 대학의 그레이엄 해트풀과 하워드 휴즈 의학연구소를 포함한 다른 연구자들과 협력하여 이러한 질문에 답하고 Bxb1이라고 알려진 결핵균파지의 원자 수준 모델을 만들었습니다.

연구팀은 단일 입자 저온전자현미경(cryo-EM)과 저온전자단층촬영(cryo-ET)의 데이터를 결합했습니다. 이 두 가지 영상 기술은 연구자들이 동결된 생물학적 구조를 원자 수준의 해상도로 시각화할 수 있도록 해줍니다. 연구팀은 감염의 여러 단계에서 이미지를 포착하여 Bxb1이 어떻게 결핵균 에 부착하여 유전 물질을 주입하고 감염 과정을 시작하는지 밝혀냈습니다. 그 결과는 놀라웠습니다.

"다른 파지들은 박테리아 막을 통해 DNA를 주입하는 통로를 형성하기 때문에 여기서도 같은 현상이 나타날 것으로 예상했습니다."라고 박 박사는 말했습니다. "하지만 그렇지 않았습니다. 이는 마이코박테리오파지가 완전히 다른 유전체 전좌 메커니즘을 사용한다는 것을 시사합니다."

근세균은 다른 세균에 비해 특히 두껍고 특이한 세포벽을 가지고 있으며, 박 박사는 파지가 이 강력하고 뚫을 수 없을 것처럼 보이는 세포벽을 통해 유전체를 주입하는 방법을 알아내기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말했습니다.

새로운 구조는 또한 파지의 꼬리 끝이 박테리아에 결합했을 때 어떻게 극적으로 변하는지 밝혀내어 감염의 역동적인 과정에 대한 통찰력을 제공했습니다.

Park는 다른 마이코박테리오파지의 구조를 자세히 설명하면 이 꼬리 끝과 같은 구조적 요소가 가장 중요한지 알 수 있기를 바랍니다.

그는 마이코박테리아와 싸울 수 있는 수천 개의 파지의 구조를 모두 알아낼 계획은 없지만 그의 연구실은 몇 가지 더 집중하고 파지의 구조를 기능과 연결하는 연구를 탐구할 것입니다.

이는 마이코박테리아를 치료하기 위한 파지의 합리적인 선택을 안내하고 연구자들이 항생제 내성 결핵에 가장 효과적인 파지를 식별하고 효과적인 파지 치료법을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

"수천 종의 마이코박테리오파지가 존재하지만, 우리는 아직 이들이 마이코박테리아를 어떻게 인식하고 죽이는지 완전히 이해하지 못하고 있습니다."라고 박 박사는 말합니다. "파지의 구조를 지속적으로 연구함으로써 효과적인 파지의 특징을 파악하고 더 나은 치료법을 설계할 수 있을 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250416135920.htm