바이러스로 세균을 어떻게 치료하나요?

Question

항생제가 잘 듣지 않는 세균 감염에 박테리오파지라는 바이러스를 활용하는 치료 연구를 봤습니다. 바이러스도 감염을 일으키는데 오히려 치료에 쓴다는 점이 낯설게 느껴지는데요. 박테리오파지는 사람의 세포가 아닌 특정 세균을 어떤 원리로 알아보고 공격하나요?

Answer 1

박테리오파지가 특정 세균만 공격하는 원리는 꼬리 섬유와 세균 표면 분자가 결합하는 열쇠와 자물쇠 구조 덕분입니다.

파지의 꼬리 섬유는 오직 특정 세균의 세포벽에 있는 고유 수용체 단백질이나 당분자만 인식합니다. 그래서 사람의 세포나 유익균에는 이러한 세균 전용 수용체가 없어 파지가 아예 달라붙지 못합니다.

이 덕분에 정상 세포나 유익균은 피해를 입지 않고, 유해한 원인균만 골라 파괴하는 정밀성을 가질 수 있는 것입니다.

표적 세균과 결합한 파지는 자신의 유전 물질을 세균 내부로 주입하고, 주입된 유전 물질은 세균의 생존 공장을 강제로 장악하여 파지 복제에 필요한 부품들을 대량으로 만듭니다.

그리고 세포 안에서 조립이 끝난 파지들은 효소를 분비해 세균의 세포벽을 안쪽에서부터 파괴하고, 세포벽이 터지면서 세균은 사망하고 그 안에서 새로운 파지가 밖으로 쏟아져 나오게 됩니다.

이 새로운 파지들은 주변에 남아있는 다른 유해균을 다시 찾아 연쇄적으로 파괴하는 과정을 거치게 됩니다.

이렇게 바이러스이면서도 세균만 선택적으로 감염시켜 사멸시키는 특성 덕분에 차세대 항생제 대안으로 연구되는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요, 엄격한비단벌레5님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 박테리오파지를 이용한 치료는 바이러스의 꼬리 단백질이 특정 세균의 표면에만 존재하는 고유 수용체에 열쇠와 자물쇠처럼, 정밀하게 결합하는 원리를 이용하며, 인체 세포나 유익균은 건드리지 않고 항생제 내성을 가진 슈퍼박테리아만을 침투해 내부에서 증식한 뒤 세포벽을 터뜨려 사멸시키는 차세대 항균 치료 기술이랍니다.

Answer 3

안녕하세요. 박테리오파지는 사람의 세포는 거의 공격하지 않고 특정 세균만 찾아 감염시켜 파괴하는 바이러스인데요, 바이러스가 세균을 치료하는 데 사용될 수 있는 이유는 바이러스마다 감염시킬 수 있는 숙주가 다르기 때문입니다. 사람에게 감염을 일으키는 바이러스와 세균을 감염시키는 바이러스는 공격 대상부터 다릅니다.

박테리오파지의 가장 큰 특징은 세균 표면에 있는 특정 구조를 인식한다는 것입니다. 세균의 세포벽이나 세포막에는 다당류, 단백질, 지질 등으로 이루어진 다양한 표면 구조가 존재합니다. 박테리오파지는 자신의 표면에 있는 꼬리섬유나 부착 단백질을 이용해 이 구조에 결합합니다. 마치 열쇠와 자물쇠가 맞물리는 것처럼 특정한 수용체를 가진 세균에만 달라붙을 수 있습니다. 따라서 모든 세균을 공격하는 것이 아니라 종류에 따라 감염 가능한 범위가 상당히 좁습니다.

세균에 결합한 박테리오파지는 세균 내부로 자신의 유전물질인 DNA 또는 RNA를 주입합니다. 이후 세균이 가진 단백질 합성 장치와 에너지 등을 이용해 자신의 유전물질을 복제하고 새로운 바이러스 입자를 만들어 냅니다. 이렇게 증식한 바이러스들은 세균의 세포벽을 분해하는 효소 등을 작용시켜 세균을 터뜨리고 밖으로 빠져나옵니다. 이 과정에서 세균이 죽고, 방출된 새로운 박테리오파지들은 주변의 같은 종류의 세균을 다시 감염시킬 수 있습니다. 이러한 과정을 용균성 생활사라고 합니다.

이처럼 박테리오파지는 세균을 찾아내는 능력과 세균 내부에서 증식한 뒤 세균을 파괴하는 능력을 동시에 가지고 있습니다. 다만 치료에는 아무 박테리오파지나 사용하는 것이 아닙니다. 세균의 증식과 파괴를 유도하는 용균성 파지를 주로 선별하며, 환자에게서 분리한 세균이 특정 파지에 실제로 감염되는지 실험실에서 확인한 뒤 사용합니다. 박테리오파지 치료에는 장점과 한계가 함께 있습니다. 항생제는 여러 종류의 세균에 폭넓게 작용하는 경우가 많지만, 박테리오파지는 특정 세균에 선택적으로 작용하므로 정상적인 장내 미생물 등에 미치는 영향을 줄일 가능성이 있습니다. 반면 공격할 수 있는 세균의 범위가 좁기 때문에 원인균에 맞는 파지를 찾아야 합니다. 또한 세균도 표면 수용체를 변화시키거나 방어 체계를 작동시켜 파지의 감염을 막을 수 있으며, 이를 보완하기 위해 서로 다른 세균 수용체를 인식하는 여러 파지를 혼합한 파지 칵테일을 활용하기도 합니다. 감사합니다.