- 생강 유효성분 변형하여 미생물의 생물막으로 인한 감염이나 오염방지 실마리
생강에서 유래한 유효성분의 구조를 바꿔 새로운 생물막 저해제로 이용하려는 시도가 나왔다.
한국연구재단은 변영주 교수(고려대 약학과) 연구팀이 박희등 교수(고려대 건축사회환경공학부) 연구팀과 함께 생강의 유효성분 중 하나인 6-진저롤 구조를 변형하여 녹농균의 생물막 형성을 억제할 수 있는 유도체를 개발했다고 밝혔다.
생물막이 의료기기, 인체조직, 수도관, 수처리 필터 등 다양한 표면에 형성되면 감염, 오염, 부식 등의 문제를 발생시킨다. 생물막 억제를 위해 항미생물제가 주로 사용되지만 미생물 내성이나 인체 독성을 유발할 수 있어 고농도 사용이나 지속 사용은 제한된다.
▲생물막(biofilm) : 미생물이 다양한 표면에 붙어 형성된 막 형태의 구조물로 끈적끈적한 분비물에 둘러싸인 미생물 군집이다.
연구팀은 생강에서 유래한 6-진저롤 유도체가 생물막 형성에 관여하는 정족수 인식 기작을 방해하여 고효율의 생물막 형성 억제 효과를 지속할 수 있음을 알아냈다.
▲6-진저롤(6-Gingerol) : 생강의 주요 성분. 생강 특유의 맛과 향의 원인이 된다.
▲정족수 인식(Quorum sensing) : 세포 간 신호전달 기전으로, 세포 밀도에 의해 증가된 신호물질을 인식하여 생물막 형성을 포함한 분화, 증식, 독성물질 생산 등의 생리적인 변화를 유도한다.
6-진저롤 유도체가 녹농균 생물막 형성에 관여하는 정족수 인식 수용체 중 하나인 RhlR 단백질에 강하게 결합하여 생물막 형성을 억제한 것이다.
▲녹농균(Pseudomonas aeruginosa) : 생물막 형성에 관여하는 대표 미생물로, 토양, 물, 피부 등 다양한 환경에서 발견된다.
6-진저롤 유도체는 미생물에 독성이 없으며, 생물막 형성을 74% 억제시켰다. 또한, 녹농균의 독성인자를 감소시켜 녹농균에 감염된 밀웜의 생존률을 2.7배 증가시키는 효과를 보였다.
▲밀웜(Mealworm) : 딱정벌레목 거저리과에 속하는 애벌레로 세균감염 실험에 사용되는 곤충모델이다.
연구팀은 대량으로 합성할 수 있는 6-진저롤 유도체를 항생제와 병용투여할 경우 항생제의 용량을 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.
생강이라는 천연물질에서 유래한 유도체로, 다양한 산업현장 에서 발생하는 막힘, 오염 방지에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
교육부 중점연구소 사업, 과학기술정보통신부 중견연구자사업 및 환경부 환경기술개발사업의 지원으로 수행된 이 연구의 성과는 의약화학 분야 국제학술지 저널 오브 메디시날 케미스트리(Journal of Medicinal Chemistry)에 7월 22일 온라인판에 게재되었다.
(그림1) 6-진저롤 유도체인 화합물 30에 의한 녹농균의 생물막 형성 억제 메커니즘
6-진저롤의 구조를 변경시킨 화합물 30이 녹농균의 생물막과 독성 인자에 미치는 영향에 대한 메커니즘이다. 화합물 30은 rhl 관련 유전자의 발현을 억제시켜 생물막 형성과 독성 인자 생성을 억제한다.
<제공 : 고려대학교, 변영주 교수>
(그림2) 화합물 30에 의한 생물막 형성 및 독성인자 생성 억제 효과
6-진저롤 유도체인 화합물 30을 처리하였을 경우, 대조군에 비해 74% 생물막 형성 억제 효과를 보였다(왼쪽). 독성인자 생성 감소를 통해 녹농균에 감염된 밀웜의 생존률을 2.7배 향상시켰다(오른쪽).
<제공 : 고려대학교 변영주 교수>
