기존 항생제에 내성을 갖는 슈퍼박테리아 등장의 우려가 커지고 있는 가운데 새로운 항생물질을 발굴할 수 있는 실마리가 나왔다.

흙이나 마른 풀 등에서 자라는 토양미생물, 방선균(放線菌)은 전세계 항생제의 70% 이상을 생산하는 고마운 산업미생물로 알려져 있다.

자연상태에서는 항암 또는 항생 효과를 내는 다양한 물질을 생산하지만, 실험실 환경에서는 대부분 유용물질의 생합성이 억제되어 있었다.

▲ 방선균 모델 균주인 S. coelicolor와 토양 공생미생물인 M. xanthus를 공생배양 할 경우 방선균의 항생제 생산이 촉진된다  © 특허뉴스

그 가운데 방선균과 다른 미생물과의 공생을 통한 경쟁을 유도, 생합성을 촉진할 수 있다는 연구결과가 나왔다.

한국연구재단은 한국과학기술원 조병관 교수연구팀과 한국기초과학지원연구원 장경순 박사연구팀이 방선균과 토양미생물인 점액세균(M. xanthus)과의 상호작용을 이용, 방선균의 항생물질 생산다양성을 높일 실마리를 찾아냈다고 밝혔다.

▲ 순수배양과 공생배양 시 전사체 분석을 진행하여 비교한 결과, 공생배양 시 방선균은 항생제 생산에 집중하는 반면(왼쪽 그림), 공생미생물은 외부 금속 이온 운반에 관련된 시스템을 활성화(오른쪽 그림)시켰다  © 특허뉴스

연구팀은 방선균을 점액세균과 함께 배양할 경우 항생물질 생산이 촉진되지만, 공생배양에도 불구하고 철 이온을 충분히 공급한 경우 이 같은 현상이 나타나지 않는 것에 주목했다.

한편 방선균 단독배양 시에도 철 이온 공급을 줄이자 항생물질 생산이 촉진되는 것을 토대로 철 이온 농도가 방선균의 항생물질 생산에 영향을 미친다는 것을 알아냈다.

나아가 이러한 현상이 철 이온을 두고 두 미생물이 경쟁하는 과정에서, 방선균이 경쟁자인 점액세균의 생장을 억제시키기 위해 항생물질 생산에 집중한 데 따른 것임을 알아냈다.

점액세균은 철 이온 흡착 자체에 집중하는 반면, 방선균은 철 이온을 흡착하면서 경쟁자도 제거할 수 있는 구조의 항생물질을 생산하는 전략을 취한 것이다.

연구팀은 실제 이러한 결과를 토대로 8종의 방선균을 철 이온이 결핍된 배양 조건에서 배양하여 신규 이차대사산물을 포함한 총 21개의 항생물질 생산을 유도해 냈다.

방선균이 생산할 수 있는 이차대사산물 중 절반 이상이 아직 구조와 효과에 대해 알려지지 않았기에 철 이온 농도조절을 통한 이차대사산물 생산을 유도한 이번 연구결과가 더욱 의미가 있다.

이번 연구의 성과는 생태학 분야 국제학술지 The ISME journal에 1월 28일 게재되었다.