초록 ▼

□ 연구개요
슈퍼박테리아의 출현은 세계 공중보건을 심각하게 위협하고 있으며, 이러한 슈퍼박테리아 감염에 의한 사망자 수가 전세계적으로 급격하게 증가하는 추세로 향후 2050년에는 1,000만 명까지 폭증할 것으로 예상되고 있음. 이에 대해서, 최근 들어 박테리아 세포막을 저해/파괴하여 박테리아의 성장을 방해/사멸시키는 항박테리아 전략 개발에 관심이 증가하고 있음. 따라서, 본 연구에서는 최소화된 간편한 절차로 고품질의 박테리아 막을 빠르게 제조하고, 막 파괴 향균 후보물질의 박테리아 막 파괴 활성을 효율적으로 스크리닝 할 수

□ 연구개요
슈퍼박테리아의 출현은 세계 공중보건을 심각하게 위협하고 있으며, 이러한 슈퍼박테리아 감염에 의한 사망자 수가 전세계적으로 급격하게 증가하는 추세로 향후 2050년에는 1,000만 명까지 폭증할 것으로 예상되고 있음. 이에 대해서, 최근 들어 박테리아 세포막을 저해/파괴하여 박테리아의 성장을 방해/사멸시키는 항박테리아 전략 개발에 관심이 증가하고 있음. 따라서, 본 연구에서는 최소화된 간편한 절차로 고품질의 박테리아 막을 빠르게 제조하고, 막 파괴 향균 후보물질의 박테리아 막 파괴 활성을 효율적으로 스크리닝 할 수 있는 전기화학적 접근법을 활용한 테더링된 박테리아 모방막 플랫폼을 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제의 최종목표는 막 파괴 활성을 가지는 항균성 물질 스크리닝을 위한 테더링된 박테리아 모방막 플랫폼을 개발하는 것으로 크게 네 부분으로 나눠서 과제를 수행함.
1.박테리아 막 지질 용해성 및 투입농도 최적화: 여러 용액을 사용하여 lipid 용액 용해도를 확인한 결과, ethanol에서 bacterial lipid가 가장 안정적으로 용해됨을 확인함.　다양한 농도의 ethanol lipid stock 용액을 준비하여 실험한 결과, 3 mM의 stock 농도를 이용하여 8 μL의 리피드 용액을 투여하는 방법으로 최적화하였음(0.1mg/mL lipid 농도).
2. 테더링된 박테리아 모방막 신속 제조 프로토콜 최적화: 3 mM stock의 bacterial lipid을 ethanol에 준비하여 8 μL를 해당 챔버에 주입한 후, 실험 버퍼를 200 μL 사용하여 워싱을 진행하고 tBLM의 형성 여부를 확인함(5분 내 형성됨). tBLM이 안정적인 실험값을 가지며 형성되면, 막 파괴 활성 물질들을 처리하여 막 파괴 여부를 확인할 수 있음.
3. 테더링된 박테리아 모방막 안정성 평가:　형성된 bacterial tBLM의 경우, 상온 및 4C°에서 버퍼 용액이 모두 증발되지 않은 한 안정적인 막 값을 형성하여 실험을 안정적으로 진행할 수 있었음. 최적화된 프로토콜로 tBLM을 제작하였을 때, 고품질 tBLM 레퍼런스 값인 G_m < 2 μS, C_m 15-30 nF 에 범위에 해당하는 tBLM이 안정적으로 제작 가능하였고, 이 결과는 막 파괴 스크리닝 결과의 표준편차가 작은 것으로 나타나 tBLM 모방막의 안정성을 입증함.
4. 테더링된 박테리아 모방막 막 파괴 스크리닝 효능평가: 개발된 bacterial tBLM 시스템에 막 파괴 활성을 가지는 항균성 물질(지방산, 모노글리세라이드, 계면활성제, 펩타이드)을 처리하여 관찰 및 분석한 결과, 해당 tBLM 시스템은 막 파괴 여부와 파괴 정도를 빠르고 정확하게 스크리닝 할 수 있음을 입증함. 다른 모델 막 시스템인 vesicle 막, Supported lipid bilayer(SLB) 시스템과 bacterial tBLM을 비교하였을 때, 막 파괴 활성 여부가 일치함을 확인함으로써 bacterial tBLM 시스템의 효능을 입증하였음.
최종적으로, 본 과제를 통해 개발된 테더링된 박테리아 모방막 시스템(bacterial tBLM)이 효과적으로 항균성 물질의 막 파괴 활성을 스크리닝 할 수 있음을 입증하였고, 최종적으로 5편(상위 25%의 SCI 논문 2편 포함)의 논문을 게재하여 성공적으로 본 과제를 수행하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 개발할 전기화학기반 테더링된 박테리아 모방막은 다양한 박테리아 종류에 따른 특이적 막 플랫폼 제작에도 확장하여 활용할 수 있음. 공학적 모델 시스템과 생물학적 시스템의 실험적 연계성을 단계적으로 정립해 나가면 해당 플랫폼의 보편적인 활용을 증가시킬 수 있을 것으로 기대함. 또한, 해당 플랫폼을 사용하여 본 연구팀만 아니라 제약회사 및 국내외 연구팀에서도 쉽고 간편하게 새로운 막 파괴 항균물질 개발에 활용할 수 있음.
본 기술은 과학기술적으로 박테리아 막 표적 작용에 관한 생물물리학 및 미생물학 학문 분야에 효율적인 박테리아 모방막 플랫폼을 제공할 수 있음. 경제적/산업적 효과로는 슈퍼박테리아 감염으로 인하여 새로운 항균성 물질 개발 수요가 증가하고 있는 상황에서, 항균성 물질의 활성을 빠르게 스크리닝 하고 새로운 항균물질 개발에 드는 시간적 재정적인 요소를 크게 감소시키는 효과를 기대해 볼 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 ... 4
• 2) 연구과제의 필요성 ... 4
• 3) 연구가설 및 도출근거 ... 4
• 4) 연구과제의 최종 목표 ... 5
• 5) 연구과제의 내용 및 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 26