보고서 정보
주관연구기관 |
명지대학교 MyongJi University |
연구책임자 |
이정훈
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2019-06 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201900021388 |
과제고유번호 |
1711087220 |
사업명 |
개인기초연구(과기정통부)(R&D) |
DB 구축일자 |
2020-05-16
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키워드 |
다제내성.다제내성균.콜리스틴.전파성 콜리스틴 내성유전자.구조 프로티오믹스.
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초록
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□ 연구개요
Carbapenemase를 발현하는 슈퍼내성균 치료에 콜리스틴(colistin) 항균제가 사용되었지만 2015년 최초로 중국 남부지역에서 전파성 콜리스틴 내성 pan-drug bacteria [mcr-1 양성 장내세균]이 출현되었으며, 본 연구에서 정밀 조사 결과, 주변국가(라오스, 말레이시아, 베트남, 일본 그리고 캄보디아) 및 유럽국가(네덜란드, 덴마크, 독일, 벨기에, 스위스, 프랑스 그리고 포루투갈) 그리고 기타(알제리, 이집트) 나라에서도 출현됨. 또한, mcr-1(plasmid-mediated colis
□ 연구개요
Carbapenemase를 발현하는 슈퍼내성균 치료에 콜리스틴(colistin) 항균제가 사용되었지만 2015년 최초로 중국 남부지역에서 전파성 콜리스틴 내성 pan-drug bacteria [mcr-1 양성 장내세균]이 출현되었으며, 본 연구에서 정밀 조사 결과, 주변국가(라오스, 말레이시아, 베트남, 일본 그리고 캄보디아) 및 유럽국가(네덜란드, 덴마크, 독일, 벨기에, 스위스, 프랑스 그리고 포루투갈) 그리고 기타(알제리, 이집트) 나라에서도 출현됨. 또한, mcr-1(plasmid-mediated colistin resistance-1) 양성 장내세균은 아시아와 유럽에 널리 전파됨. 환경미생물/병원성미생물로부터 mcr-1 양성 장내세균의 전파는 아시아에서 2.4/1.2%, 유럽에서 1.2%/0.37%임. 북아프리카에서는 가금류에서 하나의 mcr-1 양성 장내세균이 검출됨. 469개의 mcr-1 양성 장내세균 중 324(69.1%)는 아시아에서, 30.3%는 유럽에서, 0.6%는 북
아메리카에서 검출됨. 현재 대한민국에서는 이에 대한 연구가 전무함.
□ 연구 목표대비 연구결과
연구 목표는 다제내성단백질의 구조 프로티오믹스 기술을 이용하여, (i) 전파성 콜리스틴 내성 유전자의 기능 분석, (ii) 전파성 콜리스틴 내성단백질의 발현, 정제 및 특성 분석, (iii) 전파성 콜리스틴 내성단백질의 구조분석 및 내성기작을 규명하는 것을 목표로 연구를 수행하였음.
(i) 광범위한 데이터베이스를 활용하여 전파성 콜리스틴 내성균주에 대한 전 세계적으로 출현 현황을 상세히 기술함. 다양한 동물, 어류 및 환자 시료로부터 분리된 콜리스틴 내성균주를 선별하였고, 돼지 시료로부터 분리된 E. coli에서 mcr-1 유전자 동정. MIC 실험을 통하여 콜리스틴 내성 유전자인 mcr-1 유전자가 콜리스틴 내성에 직접적으로 관여하는 것을 확인. 기존에 보고된 콜리스틴 내성유전자 기작을 바탕으로 콜리스틴 내성 전파기작 제시.
(ii) His-Tag를 함유하는 pET vector 시스템에 PelB signal peptide를 조합한 발현ㆍ분비 운반체 제작. 발현ㆍ분비 벡터 제조하여 대량 발현시스템을 구축함. 가용성 발현을 위해 MCR-1의 catalytic domain (△N-MCR-1)의 대량발현을 위해서 고안된 벡터에 삽입시킴으로써 가용성으로 단백질을 발현시킴. 순수 분리 과정으로 AC (affinity chromatography), desalting, Ion-exchange chromatography (IEX) 그리고 GPC (Gel permeable chromatography)등의 각 과정을 SDS-PAGE를 통하여 확인하였고, 최종 순수 분리된 36 kDa의 △N-MCR-1을 SDS-PAGE를 통하여 확인됨. 콜리스틴 내성단백질은 lipid A에 phosphatidylethanolamine의 결함을 촉진하는데 중요한 역할을 갖는 다는 것을 확인 할 수 있었음.
(iii) 순수 분리된 △N-MCR-1의 단백질 결정화 실험을 통하여 △N-MCR-1의 회절 데이터는 1.8 Å으로 얻었을 있었고, △N-MCR-1 결정으로부터 얻어진 diffraction data로부터 △N-MCR-1 결정의 space group이 P212121이고, 하나의 asymmetric unit 안에 한 개의 분자가 존재함을 알 수 있었음. △N-MCR-1 구조의 active site에는 두 개의 Zn 이온을 포함하고 있었고, Zn1은 E246, T285, D465, 그리고 H466 잔기가 통합된 형태를 이루고 있었고, Zn2는 H395와 H478 통합된 형태를 나타내었고, 이러한 MCR-1의 활성과 관련된 잔기들은 최근에 보고된 8개의 MCR 단백질들과 아미노산 서열의 멀티플 얼라이먼트를 통하여 분석하였을 때 모두 잘 보존되어 있는 것을 확인하였음.
□ 연구개발결과의 중요성
◦ 다제약제를 가수 분해하는 슈퍼내성균의 출현은 세균성 질병들에 대한 의학적 치료에 제한이 되고 있어서 보건분야의 경제적 비용을 증가시킴(미국의 경우, 약제 내성에 의한 추가 비용이 US$ 400 million ~ US$ 18.6 billion 정도임).
◦ 미국, 영국, WHO는 “항균제내성 극복”이 최고의 인류 난제임을 인식하였으며 항균제내성 극복을 위한 범국가적 전략 중에서 치료제(저해제: 2020년까지 10개) 개발 및 내성유전자 진단툴 개발이 가장 시급함을 강조하였으며 이런 개발에 기초적이면서 결정적 단서를 제공하는 pan-drug resistance 극복을 위한 전파성 콜리스틴 내성기작 연구가 시급함을 강조하였음.
◦ 이러한 사회경제적 상황에서, 가장 심각한 다제약제내성 원인은 항균제의 불활성화로 알려져 있으며, 이러한 다제약제내성의 ‘최후 보루’ 항생제로 알려진 colistin에도 내성을 보이는 슈퍼내성균(pan-drug resistant bacteria)이 발견됨으로써, 다제내성단백질의 구조 프로티오믹스 기술을 이용하여, colistin 내성을 지니는 슈퍼내성균(pan-drug resistant bacteria)의 전파기작 및 작용 기작을 원자수준에서 완벽하게 규명함으로써 다제약제내성을 극복할 수 있음.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 가. 연구의 개요 ... 4
- 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
- 1-1. 최종 목표 ... 5
- 1-2. 주요 연구 변경사항 ... 5
- 1-3. 당해 연도 개발 목표 및 결과 ... 5
- 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
- (1) 경제·사회적 측면 ... 14
- (2) 앞으로의 전망 ... 14
- 4. 참고문헌 ... 14
- 5. 연구성과 ... 15
- 대표적 연구실적 ... 17
- 끝페이지 ... 32
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