한국연구재단(NRF)은 한국과학기술원(KAIST) 조병관 교수 연구팀과 한국기초과학지원연구원 장경순 박사팀이 방선균과 토양미생물인 점액세균(M. xanthus)과의 상호작용을 이용해 방선균의 항생물질 생산다양성을 높일 실마리를 찾아냈다고 17일 밝혔다.

여러 항생제에 대해 내성을 가지는 슈퍼박테리아 감염건수가 매년 증가하고 있으나 신규 항생제 후보 물질은 그 수가 부족한 현실이다.

현재 사용되는 항생제의 70% 이상을 생산하는 토양미생물인 방선균은 자연환경에서는 항암제, 항생제 등 다양한 생리활성을 갖는 이차 대사산물을 생산하지만, 실험실 배양조건에서는 극소수만을 생산한다. 

최근 비활성화 되어 있는 이차대사산물 생산을 촉진해 신규 항암제 또는 항생제 후보 물질을 확보하려는 노력은 계속되고 있지만 이차대사 산물 생산 조절 기작의 복잡성과 다양성 때문에 연구에 어려움이 있다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 방선균과 다른 미생물과의 공생을 통한 경쟁을 유도, 생합성을 촉진할 수 있는 신규 이차대사산물을 생산했다.

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

이후 한편 방선균 단독배양을 할 때에도 철 이온 공급을 줄이자 항생물질 생산이 촉진되는 것을 토대로 철 이온 농도가 방선균의 항생물질 생산에 영향을 미친다는 것을 알아냈다.

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

이 과정에서는 점액세균은 철 이온 흡착 자체에 집중하는 반면 방선균은 철 이온을 흡착하면서 경쟁자도 제거할 수 있는 구조의 항생물질을 생산하는 전략을 취한 것이다.
 
이 연구결과에 의하면 실제 이러한 결과를 토대로 8종의 방선균을 철 이온이 결핍된 배양 조건에서 배양해 신규 이차대사산물을 포함한 총 21개의 항생물질 생산을 유도해 냈다.

조병관 교수는 “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”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프론티어사업 및 바이오의료기술개발사업 등의 지원으로 수행됐고 생태학 분야 국제학술지 ‘국제미생물생태학회지(The ISME Journal)’에 1월 28일 게재됐다.