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[바이오토픽] 효모 기반 면역요법: 항체를 생산하는 효모로 치명적 대장염 치료
의학약학 양병찬 (2020-10-29)

Nonantimicrobial drug targets for Clostridium difficile infections

Nonantimicrobial drug targets for Clostridium difficile infections / ⓒ Future Medicine (참고 1)


항생제를 이용해 하나의 감염을 치료하면, 또 다른 세균이 들이닥쳐 그 자리를 차지한다. 그 악명 높은 세균은 클로스트리디오이데스 디피실레(C. diff: Clostridioides difficile)로, 심각한 재발성 결장감염(colon infection)을 일으켜, 미국에서만 매년 약 3만 명(대부분 65세 이상)의 목숨을 앗아간다. 이제 연구자들은 C. diff와 싸우는 새로운 방법을 개발했다. 그 내용인즉, 변형된 효모를 이용해 C. diff의 두 가지 독소를 무력화하는 항체를 만들어 환자에게 투여하는 것이다. 동물실험에서, GM 효모가 만든 항체는 C. diff에 감염된 생쥐의 회복기간을 단축시킨 것으로 나타났다고 한다.

만약 사람에게도 잘 듣는다면, (인기 있는 프로바이오틱스에 사용되는) 효모에서 유래한 GM 효모는 C. diff 감염을 예방·치료하기 위해 하루 한 알씩 복용하는 캡슐로 개발될 수 있다. 이번 연구를 지휘한 메릴랜드 치과대학의 펑한핑(미생물학)은 이 방법을 가리켜 "저렴하고, 생산하기 쉽고, 투여하기 편리하다"고 한다. "이 방법의 진정한 진보는, 살아있는 전달시스템(living delivery system)을 이용해 치료용 항체를 배달한다는 것이다"라고 미시간 대학교 앤아버 캠퍼스의 빈센트 영(미생물학)은 말했다.

C. diff 감염은 다른 질병 때문에 항생제를 복용한 노인들에게 자주 발생한다. 그 항생제는 이로운 장내 미생물을 싹쓸이함으로써, 환자를 너싱홈(nursing home)이나 병원에서 어슬렁거리는 C. diff의 포자에 취약하게 만든다. C. diff를 겨냥하는 항생제를 복용한 사람들은 대부분 회복되지만, 6명당 한 명꼴로 재발한다. 때로는 여러 번 재발하여 치명적인 결과를 초래한다.

근래에는 건강한 사람에게서 채취한 대변을 이식하여 이로운 장내미생물을 보충함으로써 고질적인 C. diff 감염을 치료할 수 있는 것으로 증명되었다. 그러나 대변이식(fecal transplant)은 아직 실험단계에 있으며, 위험할 수도 있다. 각종 검사에도 불구하고, 대변 샘플에 다른 병원체가 들어 있을 수 있기 때문이다.

대변이식 말고 또 한 가지 대안으로는, C. diff의 두 가지 독소를 중화하는 단클론항체(monoclonal antibody)라는 면역단백질이 있다. 그러나 단클론항체는 통상적으로 정맥주사로 투여되므로, 혈류를 거쳐 소화관에 도달하게 된다. 펑이 이끄는 연구팀은 그런 항체를 만드는 데 소요되는 고비용을 회피하고, 항체를 소화관에 직접 전달하기를 원했다. 그래서 그들은 사카로미세스 보울라디(Saccharomyces boulardii)에 눈을 돌렸다. S. boulardii는 효모의 일종으로, 미국식품의약국(FDA)로부터 장(腸)건강을 향상시키는 안전한 프로바이오틱스로 인정받았다.

먼저, 연구팀은 C. diff에 대한 항체를 설계했다. 그것은 강력한 네 갈래 단백질(four-pronged protein)로, 두 개의 가지가 각각 2개의 C. diff 독소와 결합한다. 연구팀이 생쥐의 복부에 C. diff의 독소를 투입한 다음 그 항체를 주입하자, 모든 생쥐들은 살아남았다. 그러나 C. diff의 독소를 투여받은 후 생리식염수나 다른 항체를 주입받은 생쥐들은 전원 사망했다.

변형된 S. boulardii가 생쥐를 C. diff로부터 보호할 수 있는지 테스트하기 위해, 연구팀은 생쥐들에게 항생제를 투여함으로써 정상세균총을 파괴한 다음, 그들을 C. diff의 포자에 감염시켰다. 그 결과, C. diff에 감염되기 3일 전부터 1주일 동안 하루에 한 번씩 '항체를 만드는 S. boulardii'를 투여받은 생쥐들은 모두 살아남았지만, 대조군(야생형 효모나 생리식염수를 투여받은 생쥐들) 중에서는 60%가 4일 내에 사망했다. 연구팀은 이상의 연구결과를 10월 28일 《Science Translational Medicine》에 보고했다(참고 2). 또한 GM 효모를 투여받은 생쥐들의 결장 조직을 살펴 보니, 대조군 생쥐에 비해 염증이 적었고 손상의 흔적은 전혀 발견되지 않았다.

다음으로, 연구팀은 이미 C. diff에 감염된 생쥐들에게 4일 동안 매일 GM 효소를 투여했다. 그 결과 그중 70%가 살아남았지만, 야생형 효모나 생리식염수를 투여받은 생쥐들 중에서는 2/3가 사망했다. 마지막으로, 재발성 C. diff 감염증에 걸린 생쥐를 대상으로 한 실험에서도 위와 비슷한 결과가 나왔다. 또한 두 가지 실험 모두에서, GM 효모를 투여받은 생쥐들은 체중을 신속히 회복하고 설사를 덜 경험한 것으로 나타났다.

"이번 연구는 매우 흥미롭다"고 밴더빌트 대학교에서 C. diff의 독소를 연구하늘 보든 레이시(구조생물학)는 말했다. "C. diff 감염을 치료하는 데 있어서, 독소가 많은 손상을 초래하기 전에 건강한 마이크로바이옴을 회복시키려면 신속히 대응해야 하므로, 시간이 촉박하다. GM 효모는 시간 부담을 덜어 줄 것으로 보인다."

펑은 바이오텍 업체를 설립하여, 임상시험에 필요한 GM 효모를 개발하고 있다. 그러기 위해서는 자금도 조달해야 하고 FDA로부터 GM 효모의 안전성도 인정받아야 하는데, 이 분야(효모 기반 면역요법)의 첫 번째 사례인지라 시간이 좀 필요할 것으로 보인다. 펑은 3년 이내에 임상시험에 진입한다는 목표를 세워 놓고 있다.
 

※ 참고문헌
1. https://www.futuremedicine.com/doi/full/10.2217/fmb-2017-0024
2. https://stm.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/scitranslmed.aax4905

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2020/10/antibody-producing-yeast-vanquishes-deadly-gut-infection-mice

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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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