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[바이오토픽] 파지 칵테일 이용, 항생제내성 세균을 무찔러
생명과학 양병찬 (2019-05-10 09:13)

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Drug-resistant mycobacterial infections are challenging to manage. Phages that target and kill mycobacteria might help, according to a new report, but clinical trials are urgently needed. / 포브스(참고 1)

낭성섬유증(cystic fibrosis)에 걸린 열다섯 살짜리 소녀 이사벨레 카르넬이 두 개의 폐를 이식받은 지 일주일 후인 2017년 9월, 절개된 상처가 선홍색으로 변했다. 그녀는 반 평생 동안 미코박테륨 압세수스(Mycobacterium abscessus)의 약물내성 감염과 싸워 왔었는데, 이제 감염이 나약해진 전신에 신속히 전파되어 '진물 흐르는 상처'와 '부어오른 결절'로 폭발했다. "상처가 감염된 폐이식 환자를 보면 내 가슴이 철렁 내려앉아요. 왜냐하면, 나는 그 예후를 훤히 알거든요"라고 런던 소재 오몬드 스트리트 병원(Great Ormond Street Hospital) 소아호흡기내과의 헬렌 스펜서는 말한다. "항생제내성 감염은 많은 어린이 환자들을 죽음으로 몰고 가는, 고통스러운 과정이에요. 그건 고문이나 다음 없어요."

표준 치료법이 번번이 실패로 돌아가자, 이사벨레의 엄마는 스펜서에게 대안(代案)을 물으며 "어디선가 바이러스를 이용하여 세균을 죽인다는 글을 읽었어요"라고 첨언했다. 이에 자극받은 스펜서는 '믿기 어려운 아이디어'에 모험을 걸기로 결정했다. 그것은 '파지(phage)라는 바이러스를 이용하여 세균을 파괴한다'는 것으로, 비록 파란만장하지만 오랜 역사를 갖고 있다. 스펜서는 선도적인 연구자들과 손을 잡았고, 그 연구자들은 세 가지 파지의 칵테일(이중에는 치료용으로 사용된 최초의 유전자변형 파지와, 미코박테륨 屬을 최초로 겨냥한 파지가 포함되어 있다)을 조제했다. 맞춤형 파지(tailor-made phage)를 주입받은 지 6개월 후 이사벨레의 상처는 아물었고, 그녀의 병세(病勢)는 심각한 부작용 없이 개선되었다. 연구진은 이상의 내용을 5월 8일자 《Nature Medicine》에 보고했다(참고 2).

"비록 하나의 사례연구에 불과하지만, 이번 연구는 설득력이 높은 개념검증 연구(proof of concept study)다"라고 하버드 공중보건대학원에서 감염병을 연구하는 에릭 루빈은 논평했다. "그러나 실질적인 임상시험을 통한 엄밀한 검증이 요망된다."

파지요법(phage therapy)의 역사는 한 세기 전으로 거슬러 올라가지만, 최근까지 대부분의 국가에서 대체의학의 몫이었는데, 그 주된 이유는 항생제의 등장 때문이었다. 개별 파지는 광범위 행생제와 달리 하나의 세균주만 전형적으로 살해하는데, 이는 '한 사람의 감염을 치료한 치료법이, 동일한 세균의 변이주(variant)에 감염된 다른 사람을 치료하는 데는 실패할 수 있음'을 의미한다. 게다가 파지는 독성이 있을 수도 있다. 그러나 최근 항생제내성 세균을 격퇴한 일련의 사례들이 발표됨에 따라 파지요법에 대한 관심이 부활하여, 미국의 주요 대학들이 파지연구센터를 앞다퉈 런칭하기에 이르렀다. 특히 파지요법의 표적으로 주목받고 있는 것은 약물내성 결핵균주(drug-resistant TB strains)다.

낭성섬유증은 전세계에서 약 8만 명의 사람들을 괴롭히는 유전병이다. M. abscess와 다른 세균들은 종종 (낭성섬유증 환자의 폐에 축적된) 두꺼운 점액에 집락(colony)을 형성한다. 폐이식은 낭성섬유증 치료의 최후수단인데, 세균감염은 심각한 폐손상을 초래함으로써 환자의 생명을 위협할 수 있다. 예컨대, 이사벨레는 폐의 2/3를 잃었지만, 세균감염은 이식 후에도 지속되어 그녀의 생명을 위협했다.

이사벨레의 생명을 살리기 위해, 스펜서가 이끄는 의료진은 피츠버그 대학교에서 파지를 연구하는 그레이엄 해트풀(참고 3)과 접촉했다. 해트풀이 이끄는 연구팀은 15,000가지 이상의 파지 컬렉션을 큐레이트했는데, 이는 세계 최대의 컬렉션 중 하나로서 그중 상당수는 (교육적 파지사냥 노력에 참여한) 150여 개 대학교의 학부생들이 발견한 것이다. 해트풀의 연구팀은 3개월에 걸친 검사를 통해, 이사벨레의 상처와 가래에서 분리된 M. abscess를 살해할 수 있는 파지 세 가지를 찾아냈다.

해트풀의 연구팀은 M. abscess의 내성 발달을 감소시키기 위해 세 가지 파지의 칵테일을 만들려고 했지만, 거기에는 애로사항이 하나 있었다. 셋 중 둘은 소위 용원성 파지(temperate phage)로, 억제유전자(repressor gene)를 보유하고 있는 관계로 치명성이 제한되기 때문이다. 두 가지 파지를 믿을 만한 세균킬러(reliable bacteria killer)로 변신시키기 위해, 해트풀은 (파지의 유전학을 연구하기 위해) 자체 개발한 유전자편집 기술을 이용하여 억제유전자를 제거했다.

이사벨레는 2018년 6월 처음으로 파지 칵테일을 주입받았는데, 그로부터 72시간 내에 그녀의 상처에서 진물이 사라지기 시작했다. 6주 동안 12시간 간격으로 정맥주사를 맞은 후에는, 감염이 거의 사라졌다. 그러나 미량의 세균이 남아있어, 그녀는 아직도 이틀에 한 번씩 파지 칵테일을 주입받고 있으며, 잔존하는 병변에 칵테일을 직접 적용하고 있다. 하지만 그녀는 학교에 등교하고 친구들과 쇼핑을 하고 운전교습을 받는 등, 정상적인 10대 생활을 영위하고 있다. "우리는 조만간 감염이 완전히 사라질 거라고 낙관하고 있어요"라고 스펜서는 말했다.

"이사벨레는 파지요법 없이도 치료될 수 있었을 것이며, 맞춤형 칵테일은 (우리가 테스트한) 다른 M. abscess의 분리주(isolate)에 작용하지 않는다"라고 스펜서와 해트풀은 강조한다. 그러나 이번 연구의 성공적 결과는 파지 연구자들에게 고무적이다. 해트풀의 라이브러리에 포함된 다른 파지들은 시험관 속에서 M. tuberculosis를 감염시켜 살해했는데, 그는 그 파지들이 약물내성균주에 대항하는 유용한 무기라고 생각하고 있다.

그러나 알버트 아인슈타인 의대의 TB 전문가인 윌리엄 제이콥스에 따르면, 생쥐 TB 모델을 이용하여 해트풀이 제안한 파지를 테스트해 봤지만 아무런 효과도 발견하지 못했다고 한다. "TB는 세포 내부에 살므로, 내 생각에는 파지가 세포 안으로 침투할 수 없는 것 같다"라고 그는 말했다. (TB와 대조적으로, M. abscessus는 주로 세포 밖에 산다.) 다른 전문가들에 따르면, 파지를 감염된 세포 안으로 배달하는 다른 방법이 있을 거라고 한다.

현재 파지요법을 개발하고 있는 업체들은 최소한 세 건의 임상시험을 통해 다양한 세균감염에 대한 치료제로서의 가능성을 엄밀히 평가하고 있다. "설사 치료에 성공하더라도, 수많은 실질적 난관에 직면할 것이다"라고 캐나다 맥길 대학교의 마드후카 파이(역학)는 말했다. "파지요법을 진정한 세계적 치료법으로 만들려면, 노력과 비용을 획기적으로 줄이는 방법을 찾아낼 필요가 있다."

※ 참고문헌
1. https://www.forbes.com/sites/madhukarpai/2019/05/08/fighting-fire-with-fire-can-we-kill-super-resistant-mycobacteria-with-viruses
2. https://www.nature.com/articles/s41591-019-0437-z
3. https://blog.naver.com/scienceall1/220360095000

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2019/05/viruses-genetically-engineered-kill-bacteria-rescue-girl-antibiotic-resistant-infection


 

모든 것은 그 자리에

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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