[국내논문]합성된 쿼럼 신호 유사 물질에 의한 녹농균 쿼럼 센싱 및 생물막 형성의 제어 Inhibition of Quorum Sensing and Biofilm Formation by Synthetic Quorum Signal Analogues in Pseudomonas aeruginosa원문보기
그람음성 간균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 비뇨기, 각막, 호흡기, 화상부위 등에 광범위하게 감염하는 기회감염성 병원균으로, 병원성의 발현에 세균의 세포밀도 인식 기전인 쿼럼 센싱(quorum sensing)이 매우 중요하게 관여한다. 사전 연구에서 녹농균 감염력을 제어하기 위한 방법으로 쿼럼 센싱의 주 신호물질인 N-3-oxododecanoyl-HSL(3OC12-HSL)의 분자 구조가 변형된 물질들을 합성하여 쿼럼 센싱 억제물질로 사용하고자 하였으며, 그 중 두 개의 물질들(5b, 5f)이 대장균을 이용한 스크리닝을 통해 녹농균의 주요 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 LasR의 활성을 억제할 수 있음을 확인하였었다. 본 연구에서는 이 물질들의 효과를 보다 면밀히 분석하기 위하여 실제 녹농균에서 이 물질들이 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석해 보았다. 대장균을 이용한 리포터 분석에서와는 달리, 5b와 5f 모두 녹농균에서 직접 처리하였을 때는 LasR의 활성에 영향을 주지 못하였다. 대신 이 물질들은 녹농균의 또다른 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 QscR의 활성에 선택적으로 영향을 주었다. 흥미롭게도 이 물질들의 효과는 대장균에서 얻어진 결과와는 달랐으며 다소 복잡하였다. 두 물질 모두 낮은 농도 범위(<10 ${\mu}m$)에서 QscR의 활성을 증가시켰으며, 높은 농도의 5f(${\approx}$1 mM)는 QscR을 강하게 억제하였다. 두 물질 모두 중요한 병독인자인 프로테아제 활성에는 영향을 주지 않으면서도, 만성감염을 매개하는데 중요한 생물막의 형성은 의미있게 감소시켰다. 특히 5f는 생물막의 성숙단계 보다는 녹농균 세포의 초기 부착을 억제하였다. 이러한 결과들을 바탕으로, 5f의 경우 독성의 증가 없이 생물막 형성을 억제할 수 있는 물질로 응용이 가능하다고 제안한다.
그람음성 간균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 비뇨기, 각막, 호흡기, 화상부위 등에 광범위하게 감염하는 기회감염성 병원균으로, 병원성의 발현에 세균의 세포밀도 인식 기전인 쿼럼 센싱(quorum sensing)이 매우 중요하게 관여한다. 사전 연구에서 녹농균 감염력을 제어하기 위한 방법으로 쿼럼 센싱의 주 신호물질인 N-3-oxododecanoyl-HSL(3OC12-HSL)의 분자 구조가 변형된 물질들을 합성하여 쿼럼 센싱 억제물질로 사용하고자 하였으며, 그 중 두 개의 물질들(5b, 5f)이 대장균을 이용한 스크리닝을 통해 녹농균의 주요 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 LasR의 활성을 억제할 수 있음을 확인하였었다. 본 연구에서는 이 물질들의 효과를 보다 면밀히 분석하기 위하여 실제 녹농균에서 이 물질들이 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석해 보았다. 대장균을 이용한 리포터 분석에서와는 달리, 5b와 5f 모두 녹농균에서 직접 처리하였을 때는 LasR의 활성에 영향을 주지 못하였다. 대신 이 물질들은 녹농균의 또다른 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 QscR의 활성에 선택적으로 영향을 주었다. 흥미롭게도 이 물질들의 효과는 대장균에서 얻어진 결과와는 달랐으며 다소 복잡하였다. 두 물질 모두 낮은 농도 범위(<10 ${\mu}m$)에서 QscR의 활성을 증가시켰으며, 높은 농도의 5f(${\approx}$1 mM)는 QscR을 강하게 억제하였다. 두 물질 모두 중요한 병독인자인 프로테아제 활성에는 영향을 주지 않으면서도, 만성감염을 매개하는데 중요한 생물막의 형성은 의미있게 감소시켰다. 특히 5f는 생물막의 성숙단계 보다는 녹농균 세포의 초기 부착을 억제하였다. 이러한 결과들을 바탕으로, 5f의 경우 독성의 증가 없이 생물막 형성을 억제할 수 있는 물질로 응용이 가능하다고 제안한다.
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes various infections on urinary track, cornea, respiratory track, and burn wound site, and mainly relies on quorum sensing (QS) for its virulence. To control the infectivity of P. aeruginosa, we previously synthesized the structural analo...
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes various infections on urinary track, cornea, respiratory track, and burn wound site, and mainly relies on quorum sensing (QS) for its virulence. To control the infectivity of P. aeruginosa, we previously synthesized the structural analogues of a major QS signal, N-3-oxododecanoyl homoserine lactone (3OC12-HSL) to use as a QS inhibitor. Two of them (5b and 5f) had been confirmed to have an inhibitory effect on LasR, a major QS signal receptor of P. aeruginosa in the screening by the recombinant Escherichia coli reporter. To further evaluate these compounds, we tested their efficacy to control the QS and virulence of P. aeruginosa. Unlike the result from E. coli reporter, both 5b and 5f failed to affect the LasR activity in P. aeruginosa, but instead they selectively affected the activity of QscR, another 3OC12-HSL receptor of P. aeruginosa. Interestingly, their effect on QscR was complex and opposite to what we obtained with E. coli system. Both 5b and 5f enhanced the QscR activity at the low concentration range (< 10 ${\mu}m$), but high concentration of 5f (${\approx}$1 mM) strongly inhibited QscR. While 5b and 5f didn't affect the production of proteases, the key virulence factor, they significantly reduced the biofilm formation that is important in mediating chronic infections. Especially, 5f inhibited the initial attachment of P. aeruginosa, rather than the biofilm maturation. Based on our results, we suggest that 5f can be applied for an anti-biofilm agent without increasing virulence of P. aeruginosa.
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes various infections on urinary track, cornea, respiratory track, and burn wound site, and mainly relies on quorum sensing (QS) for its virulence. To control the infectivity of P. aeruginosa, we previously synthesized the structural analogues of a major QS signal, N-3-oxododecanoyl homoserine lactone (3OC12-HSL) to use as a QS inhibitor. Two of them (5b and 5f) had been confirmed to have an inhibitory effect on LasR, a major QS signal receptor of P. aeruginosa in the screening by the recombinant Escherichia coli reporter. To further evaluate these compounds, we tested their efficacy to control the QS and virulence of P. aeruginosa. Unlike the result from E. coli reporter, both 5b and 5f failed to affect the LasR activity in P. aeruginosa, but instead they selectively affected the activity of QscR, another 3OC12-HSL receptor of P. aeruginosa. Interestingly, their effect on QscR was complex and opposite to what we obtained with E. coli system. Both 5b and 5f enhanced the QscR activity at the low concentration range (< 10 ${\mu}m$), but high concentration of 5f (${\approx}$1 mM) strongly inhibited QscR. While 5b and 5f didn't affect the production of proteases, the key virulence factor, they significantly reduced the biofilm formation that is important in mediating chronic infections. Especially, 5f inhibited the initial attachment of P. aeruginosa, rather than the biofilm maturation. Based on our results, we suggest that 5f can be applied for an anti-biofilm agent without increasing virulence of P. aeruginosa.
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문제 정의
1)[20]. 본 연구에서는 이 물질들이 실제 녹농균에서도 효과적으로 QS 반응을 억제할 수 있는지, LasR과 QscR중 어느 수용체 단백질을 통해 이러한 QS 저해 효과가 나타나는지 조사하였으며, 이들이 병독소(virulence factor)의 발현 및 생물막 형성과 같은 병원성 매개 인자들에 실제 어떻게 영향을 미치는지 분석해 보았다.
5b와 5f는 모두 3OC12-HSL의 수용체인 LasR의 신호물질 결합부위에 3OC12-HSL보다 더 높은 결합에너지(docking score)를 가지는 구조로 in silico 모델링 분석에서 예측되었으며, 실제 대장균 QS 리포터 균주를 이용한 실험에서 LasR의 활성을 억제하는 것이 밝혀진 물질이다[20]. 이 물질들을 실제로 녹농균에 처리했을 때, 녹농균의 QS 반응을 주도하는 신호물질인 3OC12-HSL의 수용체인 LasR과 QscR의 활성이 어떻게 변하는지 알아보고자 녹농균의 성장에 따른 LasR과 QscR의 활성 변화를 측정해 보았다. 5b의 경우 대장균 리포터 균주를 이용한 결과와는 달리 성장 단계 전체에 걸쳐 LasR의 활성을 억제하지 못하였다(Fig.
5b와 5f가 LasR과 QscR을 구별하여 농도 의존적으로 작용하였기 때문에 이들이 QS과 관련된 중요한 표현형에 어떻게 작용할지 판단하기 어려웠으므로, 이를 알아보기 위해 QS와 관련된 중요한 생리적 특징인 병독인자(virulence factor)의 생산에 이들이 미치는 영향을 조사하였다. 5b와 5f를 녹농균에 다양한 농도로 처리한 후, 대표적 병독인자인 프로테아제 활성을 skim milk 배지법을 이용하여 측정해 보았을 때, 5b와 5f 모두 측정한 모든 농도 범위에서 프로테아제 활성에 의미있는 영향을 미치지 못하였다(Fig.
저해제들이 녹농균의 생물막 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 생물막 형성 정도를 조사하였다. 여러 농도로 5b와 5f를 처리한 후, 정지 생물막 측정법(static biofilm assay)을 이용하여 측정하였을 때, 두 저해제 모두 의미있게 녹농균의 생물막 형성을 저해하였다.
본 연구는 세균 QS 저해제 개발을 위한 지속적 연구의 일환으로 이전 연구에서 in silico 모델링을 이용한 스크리닝을 통해 QS 저해제로 발굴된 두 가지 물질에 대한 보다 심층적인 평가를 위한 것이었다. 결론적으로 이들 화합물들이 대장균 리포터 균주에서는 3OC12-HSL 수용체중 LasR의 활성을 억제한 것과는 달리, 녹농균에서는 LasR보다는 녹농균의 또 다른 3OC12-HSL 수용체인 QscR의 활성에 주된 영향을 주며, 그 영향도 단순한 활성 억제라기 보다는 5b의 경우 활성 증가이거나, 혹은 5f의 경우처럼 농도에 따른 활성 억제였음을 알 수 있었다.
사전 연구에서 녹농균 감염력을 제어하기 위한 방법으로 쿼럼 센싱의 주 신호물질인 N-3-oxododecanoyl-HSL(3OC12-HSL)의 분자 구조가 변형된 물질들을 합성하여 쿼럼 센싱 억제물질로 사용하고자 하였으며, 그 중 두 개의 물질들(5b, 5f)이 대장균을 이용한 스크리닝을 통해 녹농균의 주요 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 LasR의 활성을 억제할 수 있음을 확인하였었다. 본 연구에서는 이 물질들의 효과를 보다 면밀히 분석하기 위하여 실제 녹농균에서 이 물질들이 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석해 보았다. 대장균을 이용한 리포터 분석에서와는 달리, 5b와 5f 모두 녹농균에서 직접 처리하였을 때는 LasR의 활성에 영향을 주지 못하였다.
제안 방법
배양 시간에 따라 200 µl씩 배양액을 채취하여 아래에 기술한 방법에 따라 세포의 OD(optical densities)와 β-galactosidase 활성을 측정하였다.
배양 시간에 따라 200 µl씩 덜어낸 녹농균 배양액 중 100 µl로 600 nm에서 OD를 측정하였다(Tristar LB941, Berthold, 독일).
녹농균의 주된 QS 신호물질인 3OC12-HSL에 대한 수용체 단백질인 LasR과 QscR의 활성을 리포터 유전자를 이용하여 측정하였다. LasR 활성 측정을 위하여 3OC12-HSL에 의해 활성화된 LasR이 특이적으로 결합하여 발현을 증가시키는 lasI 유전자에 lacZ 유전자를 리포터로 결합시킨 pSC11 플라스미드를 사용하였으며[7], QscR 활성 측정을 위하여는 3OC12-HSL에 의해 활성화된 QscR이 특이적으로 발현을 유도하는 PA1897 유전자의 프로모터에 lacZ를 결합시킨 pJL101 플라스미드를 사용하였다[21].
녹농균의 주된 QS 신호물질인 3OC12-HSL에 대한 수용체 단백질인 LasR과 QscR의 활성을 리포터 유전자를 이용하여 측정하였다. LasR 활성 측정을 위하여 3OC12-HSL에 의해 활성화된 LasR이 특이적으로 결합하여 발현을 증가시키는 lasI 유전자에 lacZ 유전자를 리포터로 결합시킨 pSC11 플라스미드를 사용하였으며[7], QscR 활성 측정을 위하여는 3OC12-HSL에 의해 활성화된 QscR이 특이적으로 발현을 유도하는 PA1897 유전자의 프로모터에 lacZ를 결합시킨 pJL101 플라스미드를 사용하였다[21]. 리포터 유전자인 lacZ로부터 발현되는 β-galactosidase의 양은 각각 LasR과 QscR의 활성을 의미한다[21].
리포터 유전자인 lacZ로부터 발현되는 β-galactosidase의 양은 각각 LasR과 QscR의 활성을 의미한다[21]. 이 플라스미드들을 각각 녹농균 야생형 균주인 PAO1에 형질전환을 통해 도입한 후, 이를 LB(Luria-Bertani) broth에 접종하여 그림에서 표시된 것과 같이 다양한 농도의 저해제들과 함께 37oC에서 배양하였다. 배양 시간에 따라 200 µl씩 배양액을 채취하여 아래에 기술한 방법에 따라 세포의 OD(optical densities)와 β-galactosidase 활성을 측정하였다.
이어 accelerator2 용액 150 µl을 각 well에 넣고 발생되는 luminescence를 측정하였다(Tristar LB941, Berthold, 독일).
초기 부착이나 생물막의 성숙 등 관찰하고자 하는 단계에 도달할 정도의 시간동안 흘려준 후 slide glass를 꺼내어 형광 현미경(Leica MZ16F)으로 생물막이 형성된 정도를 관찰하였다.
Skim milk agar plate위에 지름 0.5 cm의 여과지를 놓고 그 위에 그림에 표시된 농도의 저해제 물질을 포함하는 LB에서 OD600=4.0까지 배양된 녹농균을 5 µl씩 접종하였다.
0까지 배양된 녹농균을 5 µl씩 접종하였다. 이를 37℃에서 18-24시간 배양하면서 여과지 주위에 skim milk의 단백질이 분해되어 생기는 투명환의 직경을 통해 프로테아제 활성을 측정하였다.
여기에 16시간 이상 충분히 배양된 PAO1 세포를 2% 접종하여 37℃에서 48시간 배양하였다. 두 plate중 하나로는 OD600 값을 측정하고 또 다른 하나는 crystal violet을 염색을 통해 생물막 형성 정도를 측정하였다. Plate에 있는 배양액을 모두 버리고 물에 2회 가볍게 씻어 well 표면에 붙어 자란 생물막 만을 남긴 후, 0.
적하 유동 생물막 측정(drip-flow biofilm assay)은 녹색 형광 단백질(GFP; green fluorescence protein)을 발현하는 플라스미드(pAB1)를 도입한 녹농균[20]을 drip flow-cell 내에서 흘리면서 배양함에 의해 수행되었다. 우선 형광 발현용 플라스미드인 pAB1을 녹농균 PAO1에 형질전환을 통해 도입한 후, 이를 16시간 이상 충분히 배양하였다. Drip flow-cell내에서 생물막을 형성하기 위하여 M63 최소배지에 표시된 농도의 저해제를 넣고, 앞서 배양된 형광 발현 녹농균을 1% 접종하여 OD600 = 0.
저해제들이 녹농균의 생물막 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 생물막 형성 정도를 조사하였다. 여러 농도로 5b와 5f를 처리한 후, 정지 생물막 측정법(static biofilm assay)을 이용하여 측정하였을 때, 두 저해제 모두 의미있게 녹농균의 생물막 형성을 저해하였다. 특히 5f를 10 µM 처리한 경우 처리하지 않은 것에 비해 50% 이하로 생물막 형성이 감소하였다(Fig.
이는 이 두 물질들이 생물막 억제제로 쓰일 수 있음을 의미하는 동시에, 이들에 의한 생물막 형성의 저해가 QS 저해의 결과로 나타난 것이 아닐 수도 있음을 시사하는 것이었다. 이를 보다 정확히 살펴보기 위해 생물막 형성 과정 동안 시간에 따른 생물막의 성숙 정도를 현미경을 통해 관찰해 보았다. 이를 위해 녹색 형광 단백질(GFP; green fluorescence protein)을 발현하는 플라스미드(pAB1)를 도입한 녹농균[20]을 drip flow-cell 내의 유동 배지 속에서 흘리면서 생물막을 형성시키는 적하 유동 생물막 형성 방법(drip-flow biofilm formation)과 이를 형광 형미경으로 관찰하는 방법을 통해 이 물질들이 어느 단계에서 생물막 형성을 저해하는지 조사해 보았다.
이를 보다 정확히 살펴보기 위해 생물막 형성 과정 동안 시간에 따른 생물막의 성숙 정도를 현미경을 통해 관찰해 보았다. 이를 위해 녹색 형광 단백질(GFP; green fluorescence protein)을 발현하는 플라스미드(pAB1)를 도입한 녹농균[20]을 drip flow-cell 내의 유동 배지 속에서 흘리면서 생물막을 형성시키는 적하 유동 생물막 형성 방법(drip-flow biofilm formation)과 이를 형광 형미경으로 관찰하는 방법을 통해 이 물질들이 어느 단계에서 생물막 형성을 저해하는지 조사해 보았다. 5b의 경우 생물막 형성을 특이적으로 억제하는 특정 단계가 뚜렷이 관찰되지 않았으나, 흥미롭게도 5f의 경우는 녹농균의 초기 부착단계를 저해하였으며(Fig.
그람음성 간균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 비뇨기, 각막, 호흡기, 화상부위 등에 광범위하게 감염하는 기회감염성 병원균으로, 병원성의 발현에 세균의 세포밀도 인식 기전인 쿼럼 센싱(quorum sensing)이 매우 중요하게 관여한다. 사전 연구에서 녹농균 감염력을 제어하기 위한 방법으로 쿼럼 센싱의 주 신호물질인 N-3-oxododecanoyl-HSL(3OC12-HSL)의 분자 구조가 변형된 물질들을 합성하여 쿼럼 센싱 억제물질로 사용하고자 하였으며, 그 중 두 개의 물질들(5b, 5f)이 대장균을 이용한 스크리닝을 통해 녹농균의 주요 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 LasR의 활성을 억제할 수 있음을 확인하였었다. 본 연구에서는 이 물질들의 효과를 보다 면밀히 분석하기 위하여 실제 녹농균에서 이 물질들이 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석해 보았다.
대상 데이터
본 실험에서는 녹농균 야생형 균주로 PAO1을 사용하였다[34]. 대부분의 실험에서 녹농균은 Luria-Bertani(LB) 배지에서 37℃, 호기적 진탕배양을 통해 배양되었다.
프로테아제 활성은 skim milk agar(0.5% skim milk, 0.5% peptone, 0.1% glucose, 1.5% agar)를 이용하여 측정되었다. Skim milk agar plate위에 지름 0.
본 실험에 사용된 QS 저해 물질들인 5b와 5f의 구조는 Fig. 1에 제시되어 있다. 5b와 5f는 모두 3OC12-HSL의 수용체인 LasR의 신호물질 결합부위에 3OC12-HSL보다 더 높은 결합에너지(docking score)를 가지는 구조로 in silico 모델링 분석에서 예측되었으며, 실제 대장균 QS 리포터 균주를 이용한 실험에서 LasR의 활성을 억제하는 것이 밝혀진 물질이다[20].
성능/효과
흥미롭게도 5f는 10 µM 이하의 낮은 농도로 처리하였을 때는 QscR의 활성을 증가시킨 반면, 그 이상에서는 QscR의 활성을 증가시키는 정도가 줄어들기 시작해서 100 µM 근방에서는 5f를 넣지 않았을 때와 비슷한 수준이 되며, 1 mM 수준의 높은 농도에서는 QscR의 활성을 강하게 억제하였다.
5b에서는 이러한 높은 농도에서의 QscR 활성 억제현상이 관찰되지 않았다(data not shown). 실험에 사용된 모든 농도 범위에서 두 저해제 모두 녹농균의 성장에는 큰 영향을 미치지 않았다(Fig. 2, 3).
이 결과는 몇 가지 중요한 사실을 시사해 준다. 첫째, 대장균을 이용한 실험에서는 5b와 5f가 모두 대장균에서 발현된 LasR의 활성을 억제할 수 있었는데, 녹농균에서는 LasR의 활성을 억제하지 못했다는 것은 대장균과 녹농균에서의 LasR의 접힘(folding)이 다소 다르게 일어날 가능성이 있다는 것을 시사한다. LasR의 경우 자신의 신호물질인 3OC12-HSL과 강하게 결합하고 있어, 보통의 투석 방법으로는 LasR로부터 3OC12-HSL을 유리시킬 수 없다는 것이 보고되어 있다[32].
두 물질 모두 낮은 농도 범위(<10 µM)에서 QscR의 활성을 증가시켰으며, 높은 농도의 5f(≈1 mM)는 QscR을 강하게 억제하였다.
QscR의 경우는 직접 조절하는 유전자중에 병독인자로 알려진 유전자는 아직 없으나, LasR이나 RhlR등 다른 QS 수용체 단백질들에 의해 조절되는 유전자들 중 일부의 발현을 억제한다는 것이 보고된 바 있다[7, 22]. 본 실험과 앞서의 실험 결과들을 종합할 때 5b나 5f에 의하여 변화된 QscR의 활성 정도로는 LasR의 활성이나 녹농균의 병독성에 영향을 주지 못함을 알 수 있다.
5A). 흥미롭게도 이들이 QS에 영향을 줄 때와는 달리, 생물막 억제 효과는 낮은 농도 범위에서도 나타났다. 이는 이 두 물질들이 생물막 억제제로 쓰일 수 있음을 의미하는 동시에, 이들에 의한 생물막 형성의 저해가 QS 저해의 결과로 나타난 것이 아닐 수도 있음을 시사하는 것이었다.
특히 생물막의 성숙은 QS에 의해 영향을 많이 받을 수 있으나, 초기 부착과 같은 단계에서는 cyclic diGMP와 같은 세포내 신호전달 물질들의 영향을 많이 받는다는 것이 알려져 있다[28]. 본 실험에서 5b와 5f가 QS에 영향을 주는 농도보다 훨씬 낮은 농도에서 생물막 형성을 억제한 것이나, 5f의 경우 생물막의 성숙이 아닌 초기 부착을 억제하였다는 점에서 이들이 QS와는 독립적인 경로로 생물막 형성을 억제하였을 가능성이 매우 높다고 생각된다.
본 연구는 세균 QS 저해제 개발을 위한 지속적 연구의 일환으로 이전 연구에서 in silico 모델링을 이용한 스크리닝을 통해 QS 저해제로 발굴된 두 가지 물질에 대한 보다 심층적인 평가를 위한 것이었다. 결론적으로 이들 화합물들이 대장균 리포터 균주에서는 3OC12-HSL 수용체중 LasR의 활성을 억제한 것과는 달리, 녹농균에서는 LasR보다는 녹농균의 또 다른 3OC12-HSL 수용체인 QscR의 활성에 주된 영향을 주며, 그 영향도 단순한 활성 억제라기 보다는 5b의 경우 활성 증가이거나, 혹은 5f의 경우처럼 농도에 따른 활성 억제였음을 알 수 있었다. 이러한 차이는 대장균과 녹농균 두 균주간에 단백질의 접힘이 다르게 나타나거나, 혹은 5b나 5f의 대사 과정이 달라 서로 다른 물질로 변환되기 때문일 수 있다.
후속연구
이에 대한 보다 자세한 기전 연구가 필요하다고 생각된다. 또한 이들 물질이 녹농균의 생물막 억제 효과가 있음을 새로이 발견하였는데, 이들 물질들이 QS에 영향을 주더라도 대표적 병독소인 프로테아제의 발현에 영향을 주지는 못하였으므로, 녹농균의 병독성을 증가시키지 않으면서 생물막을 억제 할 수 있는 물질로 이들을 개발할 수 있을 가능성이 있다고 생각된다.
특히 5f는 생물막의 성숙단계 보다는 녹농균 세포의 초기 부착을 억제하였다. 이러한 결과들을 바탕으로, 5f의 경우 독성의 증가 없이 생물막 형성을 억제할 수 있는 물질로 응용이 가능하다고 제안한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
녹농균이란 무엇인가?
그람음성 간균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 비뇨기, 각막, 호흡기, 화상부위 등에 광범위하게 감염하는 기회감염성 병원균으로, 병원성의 발현에 세균의 세포밀도 인식 기전인 쿼럼 센싱(quorum sensing)이 매우 중요하게 관여한다. 사전 연구에서 녹농균 감염력을 제어하기 위한 방법으로 쿼럼 센싱의 주 신호물질인 N-3-oxododecanoyl-HSL(3OC12-HSL)의 분자 구조가 변형된 물질들을 합성하여 쿼럼 센싱 억제물질로 사용하고자 하였으며, 그 중 두 개의 물질들(5b, 5f)이 대장균을 이용한 스크리닝을 통해 녹농균의 주요 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 LasR의 활성을 억제할 수 있음을 확인하였었다.
실제 녹농균에서 5b, 5f가 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석한 결과는 무엇인가?
본 연구에서는 이 물질들의 효과를 보다 면밀히 분석하기 위하여 실제 녹농균에서 이 물질들이 쿼럼 센싱과 병독성을 억제할 수 있는지 분석해 보았다. 대장균을 이용한 리포터 분석에서와는 달리, 5b와 5f 모두 녹농균에서 직접 처리하였을 때는 LasR의 활성에 영향을 주지 못하였다. 대신 이 물질들은 녹농균의 또다른 쿼럼 센싱 수용체 단백질인 QscR의 활성에 선택적으로 영향을 주었다. 흥미롭게도 이 물질들의 효과는 대장균에서 얻어진 결과와는 달랐으며 다소 복잡하였다. 두 물질 모두 낮은 농도 범위(<10 µM)에서 QscR의 활성을 증가시켰으며, 높은 농도의 5f(≈1 mM)는 QscR을 강하게 억제하였다. 두 물질 모두 중요한 병독인자인 프로테아제 활성에는 영향을 주지 않으면서도, 만성감염을 매개하는데 중요한 생물막의 형성은 의미있게 감소시켰다. 특히 5f는 생물막의 성숙단계 보다는 녹농균 세포의 초기 부착을 억제하였다. 이러한 결과들을 바탕으로, 5f의 경우 독성의 증가 없이 생물막 형성을 억제할 수 있는 물질로 응용이 가능하다고 제안한다.
쿼럼 센싱이란 무엇인가?
이러한 병독인자들 중에는 감염시 주변 환경에 따라 특이적으로 발현되는 것들이 많기 때문에 여기에 관여하는 주변 환경 인지 및 병독인자 발현 조절 단백질들은 병원균의 병원성을 제어하기 위한 중요한 타겟으로 여겨져 왔으며, 이들의 활성을 억제, 교란, 조절 할 수 있는 물질들이 새로운 항생 전략의 일환으로 많이 연구되어 왔다[14]. 이 중 가장 많이 연구된 것이 세포밀도 인식 기전으로 처음 발견되어 이후 여러 세균에서 병독인자들의 발현, 생물막 형성, 운동성, 항생제 내성 등과 같은 병원성 발현에 매우 중요한 조절 기전으로 밝혀진 쿼럼 센싱(quorum sensing; QS)이다[30, 37, 38]. 다양한 병원균들에서 QS는 병원성을 제어하기 위한 좋은 타겟으로 여겨지고 있으며, 다양한 QS 억제 물질들이 광범위하게 탐색되어 왔다[3, 12, 17, 19, 25].
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