포도상 구균(Staphylococcus aureus )은 20%의 사람에서 지속적으로 증식하고, 피부 감염의 원인이 되며, 항생제 내성 균주
MRSA를 비롯한 병원 감염의 주요 원인 중 하나가 된다. 그런데 이 포도상 구균이 사람의 초기 면역방어 메커니즘을 강탈하여 백혈구를 파괴하는
데 이용하는 이 세균의 능력 중 핵심 열쇠 하나가 시카고대학교(University of Chicago) 연구자들에 의해 최근 발견되었으며, 연구
결과는 학술지 Science 의 11월 15일 발간호에 실렸다.
이 세균은 숙주의 일차 면역 수단을 숙주 면역 방어를 앞지를 뿐만 아니라 숙주의 면역에 대항하는 자신의 방어수단으로 이용한다는 것이 이번 논문의 선임 저자인 스니웬드 (Olaf Schneewind) 교수의 설명이다.
사람의 면역 반응에 있어 제1차 방어선 중 하나가 호중성 백혈구(neutrophils) 인데, 이는 백혈구의 한 종류로 호중성 세포 외 트랩(neutrophil extracellular traps, NETs)에 침입자를 가둔다. NETs는 DNA와 단백질로 구성된 망상의 구조물이다. 그리고, 포획된 세균은 아메바 모양의 백혈구인 대식 세포(macrophages)에 의해 파괴된다. 그러나 포도상 구균이 감염된 곳은 대식 세포가 없는 것이 특징이며, 이는 이 세균이 면역시스템으로부터 그 자신을 방어한다는 의미이다.
이 연구팀은 이 세균이 사람의 면역반응을 어떻게 피하는지를 밝히기 위해서, 감염에 관련되는 것으로 생각되는 유전자들의 발현이 차단된 돌연변이를 가진 일련의 포도상 구균을 스크리닝하였다. 그리고, 이들 돌연변이체가 살아있는 조직에서 어떤 행동을 보이는지를 분석해서, 대식 세포의 공격을 피할 수 없는 두 가지 균주를 확인했다. 포도상 구균의 핵산분해 효소 (staphylococcal nuclease, nuc)와 아데노신 합성효소 (adenosine synthase A, adsA)에 대한 이들 각각의 돌연변이가 역전되면, 감염 위치에 다시 대식세포가 없어진다는 것이 확인되었다.
연구팀은 작용 메커니즘을 밝히기 위해서, 배양 접시 안의 호중구(neutrophils)와 대식 세포 곁에 포도상 구균이 자라게 했다. 이 환경에서 백혈구 세포들은 건강했고 세균은 말끔히 없어졌다. 그러나, NET의 형성을 촉진시키는 화학물질이 첨가되면, 대식세포가 죽기 시작했다. NET에 반응하여 구균에서 독성 물질이 만들어진다는 것을 확인한 연구자들은 고성능 액체 크로마토그래피와 질량분석기술을 이용하여 그 물질을 분리했다. 구균이 NETs를 디옥시아데노신(2`-deoxyadenosine,dAdo)으로 전환시키는 것이 확인되었는데, dAdo는 대식 세포에게 유독하다. 이 물질로 인해 NETs가 면역시스템에 대항하는 무기로 바뀌는 것이다.
거의 모든 사람은 언젠가는 어떤 종류의 포도상 구균에 감염되는데, 이들 세균의 감염이 일어난 부위에서 대식세포를 축출시키는 메커니즘이 이번 연구에서 최초로 발견되었다는 것이 스니웬드 교수의 말이다.
이 세균은 감염된 사람의 피부와 호흡기에서 발견되며, 일반적으로 농양(abscesses)이나 종기가 생기는 형태의 피부 감염이 일어나는 원인이 된다. 보통은 위험하지 않지만, 이 세균이 혈류로 들어가게 되면, 패혈증과 수막염 같은 질환의 원인이 될 수 있기 때문에 문제가 심각해진다. 메티실린 저항성 포도상 구균과 같은 항생제 내성 균주는 치료가 어렵고, 전세계 의료체계에 골칫거리이다.
이번 연구 결과가 포도상 구균의 감염 치료에 대한 견인차가 되길 바란다고 한다. 이번에 발견된 두 유전자와 dAdo 분자는 사람의 중요 생리적 메커니즘과도 밀접하게 연관되어 있기 때문에, 사람의 기능에는 유해하지 않으면서 이들 병원성 세균만을 타깃으로 하는 데는 어려움이 있을 것으로 생각된다고 한다. 그리고, 이론적으로는 이 세균의 효소들에 대한 저해제(inhibitors)나 효소를 없애는 방법을 생각해볼 수는 있지만, 앞으로 그러한 목표 추구를 위해서는 더 많은 연구가 필요할 것이다.
이 세균은 숙주의 일차 면역 수단을 숙주 면역 방어를 앞지를 뿐만 아니라 숙주의 면역에 대항하는 자신의 방어수단으로 이용한다는 것이 이번 논문의 선임 저자인 스니웬드 (Olaf Schneewind) 교수의 설명이다.
사람의 면역 반응에 있어 제1차 방어선 중 하나가 호중성 백혈구(neutrophils) 인데, 이는 백혈구의 한 종류로 호중성 세포 외 트랩(neutrophil extracellular traps, NETs)에 침입자를 가둔다. NETs는 DNA와 단백질로 구성된 망상의 구조물이다. 그리고, 포획된 세균은 아메바 모양의 백혈구인 대식 세포(macrophages)에 의해 파괴된다. 그러나 포도상 구균이 감염된 곳은 대식 세포가 없는 것이 특징이며, 이는 이 세균이 면역시스템으로부터 그 자신을 방어한다는 의미이다.
이 연구팀은 이 세균이 사람의 면역반응을 어떻게 피하는지를 밝히기 위해서, 감염에 관련되는 것으로 생각되는 유전자들의 발현이 차단된 돌연변이를 가진 일련의 포도상 구균을 스크리닝하였다. 그리고, 이들 돌연변이체가 살아있는 조직에서 어떤 행동을 보이는지를 분석해서, 대식 세포의 공격을 피할 수 없는 두 가지 균주를 확인했다. 포도상 구균의 핵산분해 효소 (staphylococcal nuclease, nuc)와 아데노신 합성효소 (adenosine synthase A, adsA)에 대한 이들 각각의 돌연변이가 역전되면, 감염 위치에 다시 대식세포가 없어진다는 것이 확인되었다.
연구팀은 작용 메커니즘을 밝히기 위해서, 배양 접시 안의 호중구(neutrophils)와 대식 세포 곁에 포도상 구균이 자라게 했다. 이 환경에서 백혈구 세포들은 건강했고 세균은 말끔히 없어졌다. 그러나, NET의 형성을 촉진시키는 화학물질이 첨가되면, 대식세포가 죽기 시작했다. NET에 반응하여 구균에서 독성 물질이 만들어진다는 것을 확인한 연구자들은 고성능 액체 크로마토그래피와 질량분석기술을 이용하여 그 물질을 분리했다. 구균이 NETs를 디옥시아데노신(2`-deoxyadenosine,dAdo)으로 전환시키는 것이 확인되었는데, dAdo는 대식 세포에게 유독하다. 이 물질로 인해 NETs가 면역시스템에 대항하는 무기로 바뀌는 것이다.
거의 모든 사람은 언젠가는 어떤 종류의 포도상 구균에 감염되는데, 이들 세균의 감염이 일어난 부위에서 대식세포를 축출시키는 메커니즘이 이번 연구에서 최초로 발견되었다는 것이 스니웬드 교수의 말이다.
이 세균은 감염된 사람의 피부와 호흡기에서 발견되며, 일반적으로 농양(abscesses)이나 종기가 생기는 형태의 피부 감염이 일어나는 원인이 된다. 보통은 위험하지 않지만, 이 세균이 혈류로 들어가게 되면, 패혈증과 수막염 같은 질환의 원인이 될 수 있기 때문에 문제가 심각해진다. 메티실린 저항성 포도상 구균과 같은 항생제 내성 균주는 치료가 어렵고, 전세계 의료체계에 골칫거리이다.
이번 연구 결과가 포도상 구균의 감염 치료에 대한 견인차가 되길 바란다고 한다. 이번에 발견된 두 유전자와 dAdo 분자는 사람의 중요 생리적 메커니즘과도 밀접하게 연관되어 있기 때문에, 사람의 기능에는 유해하지 않으면서 이들 병원성 세균만을 타깃으로 하는 데는 어려움이 있을 것으로 생각된다고 한다. 그리고, 이론적으로는 이 세균의 효소들에 대한 저해제(inhibitors)나 효소를 없애는 방법을 생각해볼 수는 있지만, 앞으로 그러한 목표 추구를 위해서는 더 많은 연구가 필요할 것이다.
출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-11/uocm-sab111913.php / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-11-22
포도상 구균, 면역, 백혈구, 세균, 감염
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