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항생제 내성과 유출 펌프의 진화

Evolution of efflux pumps could yield important insights in fighting antibiotic resistance

유출 펌프(efflux pump)는 그람-음성균의 항생제 내성에서 중요하다. 다른 종류의 유출 펌프 단백질들은 이전에 생각했던 것처럼 한 가지에서 갈라져 나온 것이 아니라 독립적으로 진화했을지도 모른다. 그 발견은 대장균과 살모넬라균, 이질균, 뇌척수막염균과 같은 세균 종들의 항생제 내성과 싸울 치료법을 연구하는데 중요할 수 있을 것이다.

항생제 내성은 대부분 진화이다. 단백질이 기능을 발달시켜 세균이 살아남을 수 있게 진화한다. 우리는 자연으로부터 진화의 단계들을 배울 수 있다. 연구자들은 진화적 단계를 이용해서 궁극적으로 우리의 유전적 성공을 보장할 단백질들을 고안할 수 있을지 의문을 가졌다.

연구자들은 세균이 흔한 항생제에 다시 반응하게 할 단백질을 디자인하고 항생제 내성 수퍼버그(drug-resistant superbugs)를 극복하기 위해 애쓰고 있다.

연구자들은 세균 표면에 있는 베타 베럴(beta barrels)이라고 불리는 단백질을 조사했다. 먼저 대부분 종류의 베타 베럴을 유출 펌프의 베타 베럴과 비교했다. 유출 펌프에서 베타 베럴은 항생제를 세균 밖으로 내보내는 큰 펌프의 외부 꼭대기를 형성한다.

이들 베타 베럴에서 서열 수준의 차이를 조사하면서 항생제 내성과 연관된 베타 베럴이 다른 베타 베럴과 서열상의 연관성이 없고 다른 구조를 가지는 것을 알아냈다. 그들은 유출 펌프 베타 베럴과 다른 베타 베럴이 공통의 조상으로부터 갈라져 나와 진화하지 않았을지도 모른다는 결론을 내렸다. 대신 수렴 진화(convergent evolution)를 통해 자연의 압력으로 세균이 두 종류의 배럴 단백질들을 별도로 발달시키게 되었을지도 모른다.

그람-음성균의 각 종에는 약 100가지 다른 외막 단백질들이 있다.

연구자들이 문서화한 진화 과정은 유출 펌프에 있는 베타 베럴이 빛의 레벨로 인해 팽창하거나 수축하는 사람 눈의 홍채와 비슷하게 기능한다는 가설을 지지한다.

[KOSEN 동향] 항생제 내성과 유출 펌프의 진화