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Research Highlights

Eradication of persister cells of Acinetobacter baumannii through combination of colistin and amikacin antibiotics.

  • Chung ES, Ko KS.
  • J Antimicrob Chemother. 2019 Feb 12. doi: 10.1093/jac/dkz034. [Epub ahead of print]
  • 논문대표사진

1. 연구를 진행했던 소속 기관에 대한 간단한 소개
저는 항생제 내성 세균 연구실 (Antimicrobial Resistant Pathogen Research Lab)의 고관수 교수님 지도 하에 연구하고 있는 정은선입니다. 저희는 현재 13명의 연구원과 학생들이 구성원을 이루고 있고, ‘병원성 세균의 항생제 내성’이라는 주제로 다양한 방법을 통해 연구하고 있습니다. 병원성 세균의 개체군 구조 및 진화과정 등을 연구함으로써 항생제 내성 메커니즘에 대해 파악하고 원인을 밝혀 내성 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.

2. 연구 과정 소개 및 연구 결과의 소개
저는 항생제 내성과 더불어 최근 들어 주목받고 있는 persister cell에 대해 연구한 논문을 소개해드리고자 합니다. 항생제 치료에 어려움을 주는 병원균의 특성으로서 내성이 잘 알려져 있지만, 항생제에 감수성을 띠고 있는 병원균이라도 완전한 치료가 되지 않는 경우가 있는데, 그 원인 중의 하나로서 persister cell의 존재가 제시되고 있습니다. 이는 내성과는 다르게 항생제와 같은 외부 스트레스가 존재할 때 일시적으로 유도되어 형성되는 것으로서, 항생제가 사라지면 다시 병원균이 자라게 되어 항생제 치료에 어려움이 되고 있습니다.

이번 논문에서 저는, 항생제 관련 문제를 야기하는 주요 병원균 중 하나인 Acinetobacter baumannii를 대상으로 persister cell을 효과적으로 제거할 수 있는 방법에 대해 연구하였습니다. 각각 다른 계열로서 다른 target mechanism을 가지고 있는 colistin, amikacin, imipenem, ciprofloxacin 등의 항생제를 이용하여 persister cell 제거효과에 대해 확인해보았고, 또한 이를 두개씩 조합을 이루어 combination treatment를 통한 시너지 효과를 알아보았습니다. 결과적으로 colistin과 amikacin 조합이 persister cell을 제거하는데 가장 좋은 효과를 보였고, 특히 이 두 가지 항생제를 처리하는 순서 또한 결과에 중요한 영향을 미쳤습니다. 먼저 colistin을 처리한 후 amikacin을 처리하였을 때, 그 반대의 순서보다 훨씬 persister cell을 제거하는데 좋은 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었습니다. 그 이유를 확인하기 위해 여러 실험을 진행하였고, 투과전자현미경 촬영을 통해 colistin-persister cell의 membrane에는 심각한 damage가 나타나있는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 amikacin-persister cell과는 다르게 내부에 ATP가 거의 고갈되어있는 것을 확인할 수 있었습니다. 이는 membrane상의 물리적인 변화로 인해 생긴 결과일 것이라고 예측할 수 있었습니다. 또한 amikacin-persister cell의 형성과정을 이해하기 위하여 mRNA sequencing을 분석하였고, 이 경우 persister cell의 대표적인 특징인 dormant state를 유도하기 위한 많은 유전자의 발현이 증가해있었습니다. Protein, amino acid, fatty acid degradation 관련된 유전자나, stress나 virulence에 관여하는 유전자의 발현 증가를 통해 스스로의 metabolism을 억제함으로써 dormant state로 유도한다는 것을 유추할 수 있었습니다. 결과적으로, colistin으로 인해 membrane damage가 발생되면, 이를 통해 amikacin이 cell 내부로 좀더 쉽게 들어가서 작용함으로써 persister cell을 제거하는데 높은 시너지효과가 나타나는 것이라고 결론 내릴 수 있었습니다.

아직은 persister cell의 형성과정과 메커니즘이 밝혀지지 않은 부분이 많기 때문에, 이러한 더 많은 연구를 통해 persister cell에 대해 이해함으로써, 효과적인 병원균 제거를 통해 감염질환 치료에 도움이 될 수 있을 것이라고 생각합니다.

 

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