초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
세균감염 및 패혈증의 치료는 감염억제를 위한 항생제 처치에 의존하고 있으며, 내성균주의 증가로 인해 새로운 감염 제어법의 개발이 요구되고 있음. 본 연구자는 감염상황을 병원체와 숙주의 상호작용을 기반으로 이해하며, 숙주와 병원체 모두에게 중요한 핵심 공유인자를 탐색/조절함으로서 새로운 개념의 감염제어법을 개발하고자 하였음.
철(iron)은 병원성미생물의 독력 발현과 생존에 필수적이며, 또한 숙주 대식세포의 ROS생성에도 중요한 보조인자로 알려져 있음. 본 연구를 통하여 살모넬라의 생체 감염 상황에

□ 연구의 목적 및 내용
세균감염 및 패혈증의 치료는 감염억제를 위한 항생제 처치에 의존하고 있으며, 내성균주의 증가로 인해 새로운 감염 제어법의 개발이 요구되고 있음. 본 연구자는 감염상황을 병원체와 숙주의 상호작용을 기반으로 이해하며, 숙주와 병원체 모두에게 중요한 핵심 공유인자를 탐색/조절함으로서 새로운 개념의 감염제어법을 개발하고자 하였음.
철(iron)은 병원성미생물의 독력 발현과 생존에 필수적이며, 또한 숙주 대식세포의 ROS생성에도 중요한 보조인자로 알려져 있음. 본 연구를 통하여 살모넬라의 생체 감염 상황에서의 철(iron)대사 조절의 중요성을 확인하였으며, 특히 숙주 철대사 조절의 핵심인자로 알려진 hepcidin에 의한 대식세포의 철대사 조절과 ROS생성의 상관 관계를 규명하였음.
hepcind은 숙주세포막의 철배출 단백질인 fpn1의 조절을 통하여 세포내/외 철농도를 조절하는 것으로 알려져있으며, 본 연구를 통하여 탐식소포 특히, 살모넬라 탐식소포(Salmonella containing vacuole, SCV)에도 fpn1 존재하며, SCV 내의 철농도 조절에 관여하고 있음을 규명하였음.
SCV내의 철(iron)은 살모넬라의 생장에 필요한 영양분으로의 역할보다는 숙주의 ROS 생성에 더욱 큰 영향을 주는 것을 확인하였으며, hepcidin 처치는 대식세포의 ROS 생성능을 저해하여 살모넬라가 활발히 증식함을 확인하였음.
마우스 감염 모델을 이용하여, hepcidin 발현 억제제인 GSK5182의 처치가 생체내 살모넬라의 증식을 효과적으로 억제함을 확인하였으며, 대식세포 특히 SCV에서의 ROS 생성 증가에 따른 효과임을 규명하였음.

□ 연구결과
1) 다양한 iron 조건의 대식세포내의 살모넬라 독력인자 발현변화 및 관련인자 발굴
- iron 의 조절에 따라 살모넬라의 독력인자의 발현변화 확인(SPI1/2)
- hepcidin 유무에 따라 세포내 iron 조사를 위해 박테리아 반응을 조사(iroB)
2) iron, ROS 인식 바이오센서 제작을 통한 실시간 숙주 및 병원체 반응 연구
- 살모넬라의 iron, ROS 반응 특성을 이용한 바이오 센서 제작
- iron, ROS 특이적 바이오 센서를 이용한 in vitro/vivo에서의 숙주반응에 대한 살모넬라 반응을 실시간으로 모니터링.
3) 다양한 iron 조건에서 대식세포의 항균활성 조사
- 대식세포내의 iron 농도 측정(iroB)을 토대로 항균활성 조사(katG)
- 세포내 iron 대사와 산화적 반응 관련 조사(ROS)
4) 탐식소포에 존재하는 fpn1에 의한 철대사 조절과 ROS 생성능 변화
- magnetized Salmonella를 이용한 SCV의 순수분리와 fpn1의 존재 확인
- fpn1에 의한 대식세포내(특히 SCV)의 iron, ROS 활성능 변화 확인
5) hepcidin-ferroportin axis의 조절을 통한 감염 억제 연구
- hepcidin 처리 대식세포에 감염된 살모넬라 독성인자 발현 연구
- hepcidin 처리 대식세포의 항균활성 조사
- 마우스 감염 모델을 이용한 hepcidin 발현 조절을 통한 살모넬라 감염 억제 연구.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구는 병원체-숙주 핵심공유 인자를 통해 감염 상황을 다양한 시각으로 접근할 수 있는 이론적 기반을 제시하였으며, 이를 통하여 새로운 연구 및 학문 분야를 창출할 수 있음.
상기 연구결과는 숙주-병원체 상호작용 조절을 통한 신개념의 항생제 비의존적인 감염 치료제 또는 감염치료 보조제로 사용 가능할 것으로 기대하고 있으며 결핵균, 여시니아균, 리스테리아균과 같은 세포내 병원체의 감염 제어에 응용 가능할 것임.
또한 내성균 감염에 의한 패혈증의 치료 또는 치료 보조제로 이용 가능할 것임.

(출처 : 연구결과 요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
Control of bacterial infection and sepsis using antibiotics has failed due to over prescription of the drug. Iron plays an important role for survival and virulence of pathogenic bacteria and also for antimicrobial activity of macrophage in host animal.
The iron in macroph

□ Purpose& contents
Control of bacterial infection and sepsis using antibiotics has failed due to over prescription of the drug. Iron plays an important role for survival and virulence of pathogenic bacteria and also for antimicrobial activity of macrophage in host animal.
The iron in macrophage is released through ferroportin which is inactivated by hepcidin. We have observed previously that repression of hepcidin which would lead to a decrease in the iron content in macrophage resulted in a control of Salmonella infection. Herein, we used a Salmonella biosensor to assess iron levels and found that hepcidin increased iron content in the cytosol but decreased it in the SCV.
This was attributed to the presence of FPN on the SCV membrane, which imports iron into the SCV. Most interestingly, loss of FPN from the SCV impaired the generation of bactericidal reactive oxygen species (ROS) as the iron content decreased, indicating a novel function for ferroportin in the SCV. Hence, iron plays the role of a cofactor for the generation of antimicrobial ROS.
In this study, we elucidated the underlying mechanism and explore the finding further for development of next generation antimicrobial therapy.

□ Result
We carried out experiments to identify virulence factors of Salmonella in macrophages under various iron conditions. In this study, we used bio-sensing Salmonella to assess iron and reactive oxygen species (ROS) levels in the SCV, and demonstrated that hepcidin affected ROS generation in macrophages by modulating iron levels in the SCV.
Our results show that
1) FPN(ferroportin) associates with the SCV membrane in absence of hepcidin
- Our results (confocal microscopy, isolation of SCV, biochemical analysis) revealed that FPN located in SCV
2) FPN acts as an iron transporter in the SCV membrane
- Our results (iron bio-sensor, biochemical analysis) showed that FPN on SCV affected the physiology of Salmonella within SCV
3) Decreased iron in the SCV impairs ROS-dependent Salmonella killing
- We verified that the effect of hecidin (loss of FPN on SCV) modulated ROS generation and affected Salmonella survival.
4) Modulation of hepcidin-ferroportin axis
- We evaluate the infection control efficacy of GSK5182 that inhibits hepcidin expression in Salmonella infection models.

□ Expected Contribution
• Development of a novel modality to control infection requires identification and understanding of pathogen-host interaction as shown in this study.
• This study would provide a new paradigm to introduce pathogenic bacteria-host interface research in Korea.
• These studies will allow us to monitor the progression and spread of infection and also understand mutual relation between the pathogen and host system in vivo
• This research also can potentiate the Korea phamaceutical industry with international competitiveness with the consequnt activation of related industry and research.
• Through the researches, we can train the excellent researchers for the multidisciplinary capacities such as biochemistry, pharmacy, bioengineering and medicine.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 24
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 27
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 28
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30
• 8. 참고문헌 ... 31
• 9. 연구성과 ... 32
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 36
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 37
• 12. 기타사항 ... 37
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 38
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 53
• 끝페이지 ... 62