[논문]박테리아 생체막에 대한 항생제 내성 연구

김진욱; 주치언; 박진용; 이송애; 김인혜; 이재화

박테리아 생체막에 대한 항생제 내성 연구
The Study of Antibiotic Resistance in Bacterial Biofilms 원문보기

Environmental mutagens and carcinogens = 한국 환경성돌연변이·발암원학회지, v.25 no.4, 2005년, pp.157 - 160

김진욱 (신라대학교 공과대학 생명공학과) , 주치언 (신라대학교 공과대학 생명공학과) , 박진용 (신라대학교 공과대학 생명공학과) , 이송애 (신라대학교 공과대학 생명공학과) , 김인혜 (신라대학교 공과대학 생명공학과) , 이재화 (신라대학교 공과대학 생명공학과)

초록
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Biofilm 내부의 항생제 내성 박테리아의 성장형태는 만성감염과 질병을 발생한다. 인위적 형성한 biofilm의 체외실험 모델 시스템 통한 항생제 침투 실험을 수행하였다. 항생제 내성 균주 (E. coli, S. aureus)는 항생제 내성균주 은행으로부터 획득하였다 Ca-alginate bead를 인위적 biofilm으로 사용하였고, 세포 생존률을 향상시키기 위해 공기 압축을 이용한 세포 포획 실험도 측정되었다. biofilm의 항생제 감수성은 항생제의 농도 따라 최저 저해 농도 (MIC)를 이용하여 측정되었다. bead생성에 따른 안정성은 bead를 형성하지 않은 세포와 비교하여 감소하였다. 항생제에 민감한 E. coli의 경우 시간이 지남에 따라 균체수도 감소하였으나, 항생제 내성 E. coli는 일정한 균체수를 유지하였다. bead형성 후 항생제 투여 효과는 항생제 내성이 있고, 낮은 농도의 항생제를 처리할수록 더 높은 생존률을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Antibiotic resistance of bacteria in the biofilm mode of growth contributes to the chronicity of infection and disease. The penetration of antibiotic, through biofilm developed in an itt vitro model system was investigated. Antibiotic resistant bacteria (E. coli) were obtained from Culture Collection of Antibiotic Resistant Microbes. Ca-alginate bead used as simulated biofilm and a cell entrapment test using compressed air were experiment for the improvement cell viability. Antibiotic susceptibilities though biofilms was measured by assaying the concentration of antibiotic that diffused through the biofilm to minimal inhibition concentration (MIC). Survival of immobilized cells were reduced as compared to free cells. In case of antibiotic susceptible E. coli reduced continuously, but antibiotic resistant E. coli kept up survival rate constantly. Survival was showed after exposed to the antibiotics that the more treated antibiotic resistant E. coli and low concentration of antibiotics) the more survived.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 위에서 언급한 alginatef- 이용하여 인공 biofllm을 형성하고, 그 인공 biofilm에 대해 항생제 감수성을 알아보고자 하였다.

가설 설정

첫 번째로는 화학합성 항생제의 침투 제한으로 항생제에 대한 내성을 획득하는 방법이다. 이 가설은 박테리아의 외부에 존재하는 다당류 물질에 의해서 화학합성 살균제, 양이온 항생제 그리고 항균 단백질들의 내부 침투제한으로 효과적인 항생제 내성을 획득한다는 것이다. 두 번째로는 biofilm으로 인해 생기는 생체막 내부 환경의 변화에 의해서 항생제 내성을 획득하는 방법이다.
두 번째로는 biofilm으로 인해 생기는 생체막 내부 환경의 변화에 의해서 항생제 내성을 획득하는 방법이다. 이 가설은 외부의 다당류에 의해서 산소의 투과나 pH의 변화가 발생하여 항생제의 최적 조건을 만족하지 못하여 내성을 획득하는 것이다. 이 가설에서 중요하게 작용하는 것은 산소 투과율로 볼 수 있는데, biofilm에서 산소 투과가 잘 이루어지는 biofilm 외부에 존재하는 박테리아들은 사멸하는 것을 확인할 수 있지만, biofilm 내부로 들어갈수록 산소 투과량도 줄어들고 동시에 , 박테리아 사멸율도 감소하는 것도 확인할 수 있다.

제안 방법

회수된 bead를 1% sodium citrate 5 mL에 혼합 용해시켜 생균수 측정법을 이용하여 안정성을 측정하였다. 동일한 방법으로 항생제에 대한 감수성 측정하였다. 제조된 bead를 각각 100개 준비한 후 100, 300 卩 1/mL 농도의 ofloxacin 용액 5 mL을 4。。에서 반응시킨 후 1% sodium citrate 5 mL에 혼합 용해시켜 생균수 측정법을 이용하여 감수성을 측정하였다 (Lee et al.
총 균수의 측정은 배양액을 10배수 희석법으로 희석한 후, 준비된 고체 배지에 0.1 mL씩 분주하여 도말을 하였다. 도말된 배지를 37。。에서 12시간 배양하여 균 집락수 (CFU: colony forming unit)를 측정하여 총 균수를 계산하였다.
1 M CaCI, 4。(2에서 반응시킨 후 3 卩m pore size의 filter paper를 이용하여 회수하였다. 회수된 bead를 1% sodium citrate 5 mL에 혼합 용해시켜 생균수 측정법을 이용하여 안정성을 측정하였다. 동일한 방법으로 항생제에 대한 감수성 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 E. coli는 항생제 내성은행에서 공시된 Ofloxacin 항생제에 대한 감수성을 가진 E. coli 15080 와 Ofloxacin 항생제에 대한 내성을 가진 E. coll 15093 두 가지 균주를 사용하였다. E.

데이터처리

도말된 배지를 37。。에서 12시간 배양하여 균 집락수 (CFU: colony forming unit)를 측정하여 총 균수를 계산하였다. 동일한 방법으로 1% sodium citrate 용액에 용해된 bead의 총 균수를 확인하였으며, 위 과정을 3회 반복 실시하여 평균값을 계산하여 나타내었다.

이론/모형

동일한 방법으로 항생제에 대한 감수성 측정하였다. 제조된 bead를 각각 100개 준비한 후 100, 300 卩 1/mL 농도의 ofloxacin 용액 5 mL을 4。。에서 반응시킨 후 1% sodium citrate 5 mL에 혼합 용해시켜 생균수 측정법을 이용하여 감수성을 측정하였다 (Lee et al., 2000).

성능/효과

0. 2, 4, 7, 10시간에 bead를 각각 100개씩 회수하여 1% sodium citrate 용액에 혼합 용해시켜 생균수를 측정한 결과, 항생제에 민감한 E. co咤 시간이 지남에 따라 균체수가 감소하는 것을 확인 할 수 있었으나, 항생제 내성 E. coli 는 bead 생성 전보다는 감소하였으나, 시간이 지남에 따라 감소하지 않고 일정량의 균체수를 유지하는 것을 확인할 수 있었다 (Fig 4).
Bead 형성 후 항생제 투여 효과를 확인하기 우I해서, ofloxacin 항생제에 민감한 E. ca/Z와 항생제 내성 E. coli 에 인위적 biofilm을 형성하여 항생제 침투저해로 인한 항생제 내성생성 기작 확인해본 결과, 항생제 농도가 낮을수록 E. coH 내성이 있을수록 생존률이 증가하는 것을 확인하였다 (Fig. 5). 그러나 bead 형성에 따라 생존률이 증가하는 것이 아니라, 항생제 내성에 의해서 생존률이 증가하는 하는 것으로 볼 수 있었다.
그러나 bead 형성에 따라 생존률이 증가하는 것이 아니라, 항생제 내성에 의해서 생존률이 증가하는 하는 것으로 볼 수 있었다. Ofloxacin의 켱우 인위적 biofilm인 alginatet- 효과적으로 침투하는 것을 알 수 있었다. 차후 연구에서 생체 내 내성균주가 생성하는 biofilm과 유사한 물질을 이용하여 인위적인 bead를 형성한다면 보다 정확한 내성 메커니즘을 규명하는데 기여할 수 있을 것이다.
위와 같은 항생제 내성 기작들에 의해서 in 상의 감수성 실험에서는 일반적인 현탁배양게서 사용되는 M1C 농도의 100-1000배 정도의 높은 농도의 항생제에서도 생존하는 것을 확인할 수 있고, in vivo 실험에서 항생제는 부착된 biofilm 으로부터 떨어져 나온 박테리아들을 사멸시켜 감염징후는 줄일 수 있었으나, biofilm내에 존재하는 모든 박테리아 세포들을 전부 사멸시킬 수는 없다. 항균제 활성이 감소하면 biofilm 내부의 박테리아들이 감염을 재발생 시킬 것이다.
이 가설은 외부의 다당류에 의해서 산소의 투과나 pH의 변화가 발생하여 항생제의 최적 조건을 만족하지 못하여 내성을 획득하는 것이다. 이 가설에서 중요하게 작용하는 것은 산소 투과율로 볼 수 있는데, biofilm에서 산소 투과가 잘 이루어지는 biofilm 외부에 존재하는 박테리아들은 사멸하는 것을 확인할 수 있지만, biofilm 내부로 들어갈수록 산소 투과량도 줄어들고 동시에 , 박테리아 사멸율도 감소하는 것도 확인할 수 있다. 이는 가용 산소량에 따라 대사 활성에 차이에 의해서 박테리아 집단의 이질성이 발생하여 내성을 획득하는 것으로 볼 수 있다.
2, 3). 이 결과, needle size에 따라 bead의 크기가 비례적으로 커지는 것을 알 수 있었는데, 24G needle size에서는 약 4.0mm 크기의 bead가 생성되었고, 27G, 30G needle size에서는 각각 2.8 mm, 1.8 mm 크기의 bead가 형성된 것을 확인하였다 (Table 1). 이러한 결과는 needle size가 커질수록 compressed air로 인해 밀려진 alginate 혼합액의 액체 방울이 크게 형성되고, 이렇게 형성된 액체 방울이 0.

후속연구

Ofloxacin의 켱우 인위적 biofilm인 alginatet- 효과적으로 침투하는 것을 알 수 있었다. 차후 연구에서 생체 내 내성균주가 생성하는 biofilm과 유사한 물질을 이용하여 인위적인 bead를 형성한다면 보다 정확한 내성 메커니즘을 규명하는데 기여할 수 있을 것이다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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