토양박테리아의 결정단백질을 이용한 새로운 구충제 개발

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-03

구충(hookworm), 편충(whipworm), 회충(Ascaris)을 비롯한 인간의 장내 기생충은 전세계적으로 십억 명 이상의 사람들을 감염시키고 있으며, HIV, 말라리아, 결핵에 대한 면역기능을 약화시키고 특히 어린이와 임산부에게 신체적·정신적으로 많은 문제를 야기한다. 현재 가장 많이 사용되는 기생충약으로는 알벤다졸(albendazole)을 들 수 있으나, 다양한 내성 기생충들이 발견되고 있어 새로운 기생충약의 개발이 절실히 요구되고 있다. 그러나 최근 30년 동안 새로운 기생충약의 개발실적은 전무하며, 최근에 와서야 트리벤디미딘(tribendimidine)이 개발되어 겨우 체면을 세우고 있는 실정이다(GTB2009080384). 이와 관련하여 농업분야에서 천연살충제로 널리 이용되는 세균의 단백질이 인간의 장내 기생충을 구제(驅除)하는 데 사용될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 UCSD의 연구진은 PLoS Neglected Tropical Diseases 3월 2일호에 기고한 논문에서, 토양 박테리아인 Bacillus thuringiensis(Bt)를 이용하여 인간의 기생충을 구제할 수 있다는 내용의 연구결과를 발표하였다. Bt의 결정단백질(Cry5B)은 이미 수십년 동안 유기농 농민들에 의해 살충제로 사용되어 왔으며, 1996년 이후에는 Bt에서 추출된 「Bt 독소 유전자」를 이용하여 병충해에 강한 유전자변형 작물들이 개발되어 왔다. 이들 유전자변형 작물(예: 옥수수, 감자 등)은 자체적으로 Cry5B를 만들 수 있어 살충제를 뿌리지 않더라도 기생충을 스스로 박멸할 수 있는 능력을 보유하고 있다. Bt는 토양 박테리아로서 포자형성(sporulation) 단계에서 결정 봉입체(crystal inclusion)를 생성한다. 이 봉입체에는 무척추동물에는 맹독성을 띠지만 인간과 기타 척추동물에게는 무해한 Cry 단백질이 함유되어 있다. 지금까지 몇 개의 장내 기생충에 독성을 띠는 3개의 Cry 단백질(Cry5B, Cry14A, Cry21A)이 발견되었는데, 그중에서 장내 기생충에 in vivo 활성을 지니고 있는 것으로 밝혀진 것은 Cry5B가 유일하다. 연구진은 Cry5B가 알벤다졸을 대체할 수 있는 기생충약으로 개발될 수 있는지를 타진하기 위하여 이번 연구를 기획하였다. 연구진은 마우스를 Heligmosomoides bakeri라는 기생충에 경구 감염시키고, 기생충이 성숙하여 알을 낳을 수 있을 때까지 기다린 다음 Cry5B 1회용량을 투여하였다. [H. bakeri는 마우스를 감염시키는 기생충으로서, 실험실에서 인간의 기생충 관련질병인 「하천실명(river blindness)」(GTB2010020252)이나 「코끼리피부병(elephantiasis)」 등을 연구하는 데 널리 사용된다.] 그 결과 불과 며칠 사이에, 기생충에 감염된 마우스는 대조군 마우스에 비하여 대변 중의 기생충알 배출량이 98% 감소하고 장내의 성숙한 기생충 수가 70% 감소한 것으로 나타났다. 연구진은 이에 앞서 2006년에 실시된 선행연구에서, 인간의 장내 기생충(Ancylostoma ceylanicum)을 햄스터에게 감염시킨 후 Cry5B를 세 번 투여하여 90%의 구제율을 기록한 바 있다(PNAS, 103, 15154-15159 15154-15159 ). 연구진은 이번 연구와 선행연구 결과를 종합하여, Bt의 결정단백질인 Cry5B가 두 종류의 선충(nematode)을 구제할 수 있으며, 기존의 약물에 비해 3배 이상의 효과가 있다고 결론지었다. 연구진은 이번 연구 결과를 토대로 하여 2~4년 이내에 인간을 대상으로 한 임상시험에 착수할 수 있을 것으로 기대하고 있다. "이제 겨우 동물실험이 성공한 단계에서 Cry5B가 인간의 기생충약으로 사용될 수 있다고 말하는 것은 시기상조이다. 그러나 현재 사용중인 기생충약들이 모두 동물용 의학품으로 개발되었다가 나중에 인간용으로 승인을 받았다는 점을 감안할 때, Cry5B가 상당한 잠재력을 갖고 있다는 것을 부인할 수는 없다. 더욱이 Bt는 그동안 농업분야에서 널리 사용되면서 척추동물에 대한 안전성이 이미 확립되었기 때문에 임상시험 절차가 간소화될 수 있을 것으로 보인다."고 연구진은 말했다. Bt의 또 다른 장점은 대량생산이 가능하여 코스트가 절감될 수 있다는 것이다. 농업분야에서 모기와 흑파리를 구제하기 위해 사용되는 Bt 결정단백질은 수천 리터 용량의 발효장비에서 대량생산되어 분무기로 살포되고 있다. 연구진은 한 명의 어린이를 기생충으로부터 구원하는 데 필요한 금액을 28센트로 잡고 있는데, 이는 빈곤과 기아에 허덕이는 개발도상국 국민들에게 희소식이 아닐 수 없다. 연구진의 향후 과제는 Cry5B를 위에서 용해되지 않고 장(腸)에서 용해되도록 하여 만일에 발생할 수 있는 독성의 문제를 해결하는 것이다. 그러나 현재 다양한 장용정/장용캡슐의 제조기술이 개발되어 있는 점을 감안할 때 이는 그리 어려운 문제는 아닌 것으로 보인다. 1. "Bacillus thuringiensis Cry5B Protein Is Highly Efficacious as a Single-Dose Therapy against an Intestinal Roundworm Infection in Mice", PLoS Negl. Trop. Dis. 4, e614 doi:10.1371/journal.pntd.0000614 (2010). 2. "A purified Bacillus thuringiensis crystal protein with therapeutic activity against the hookworm parasite Ancylostoma ceylanicum", PNAS 2006 103: 15154-15159 15154-15159. 출처 : http://www.nature.com/news/2010/100302/full/news.2010.101.html