건국대 김양미 교수팀, 두 종류의 슈퍼박테리아 동시 공격하는 ‘듀얼 타겟’ 항생제 후보물질 개발

그람음성·양성 내성균 모두에 작용하는 ‘광범위 혁신 항생제’ 개발

항균과 염증 억제 효과 확인…패혈증 동물모델서 치료 가능성 제시

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2026-11-13 13:31

서울--(뉴스와이어)--건국대학교 김양미 교수(시스템생명공학과) 연구팀이 그람음성균과 그람양성균의 경계를 허물고, 두 종류의 슈퍼박테리아를 동시에 공격할 수 있는 차세대 펩타이드 항생제 후보물질을 개발했다. 연구팀이 개발한 ‘YK-mAK-17’은 박테리아의 종류에 따라 항생제를 달리 선택해야 했던 기존 치료의 한계를 극복할 가능성을 제시하며, 광범위한 살균 능력을 보인다는 점에서 주목받는다. 이번 연구 성과는 의약화학 분야의 세계적 권위자인 ‘Journal of Medicinal Chemistry’에 지난 11월 9일 온라인 게재됐다.

항생제 내성균은 기존 항생제에 대한 저항성을 갖춰 치료가 어려운 세균으로, 특히 여러 항생제에 동시에 내성을 보이는 다제내성균은 의료 현장에서 심각한 문제로 꼽힌다. 세균은 세포 표면 구조에 따라 크게 그람음성균과 그람양성균으로 구분되는데, 두 종류의 세균은 구조적 특성이 달라 항생제에 대한 반응에도 차이를 보인다. 이에 따라 서로 다른 유형의 내성균에 폭넓게 작용하는 새로운 항생제 개발이 중요한 연구 과제로 떠오르고 있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 그람음성균과 그람양성균의 세포 표면에 존재하는 서로 다른 물질을 동시에 공략하는 ‘듀얼 타겟팅(Dual Targeting)’ 전략을 도입했다.

연구팀은 핵자기공명분광법과 분자 도킹 분석을 통해 결핵균의 아데닐레이트 키네이스(MtAdk) 단백질이 그람음성균의 내독소(LPS)와 그람양성균의 내독소(LTA)를 모두 인식한다는 점에 착안했다. LPS와 LTA는 각각 그람음성균과 그람양성균의 세포 표면에 존재하는 주요 구성 성분으로, 세균의 구조적 특성과 숙주의 면역반응에 관여한다.

연구팀은 내독소의 단백질 결합 부위에 대한 정보를 기반으로 설계한 펩타이드의 말단에 지방산을 도입하고, 분자 구조를 최적화해 항균력과 생체 안정성을 높인 광범위 항균펩타이드 ‘YK-mAK-17’을 개발했다.

실험 결과, YK-mAK-17은 병원 내 감염을 일으키는 대표적인 난치성 다제내성 그람음성균인 카바페넴 내성 아시네토박터균(이하 CRAB)과 그람양성균인 메티실린 내성 황색포도상구균(이하 MRSA) 모두에 강력한 항균 활성을 보였다. 연구팀은 해당 물질이 매우 낮은 농도에서도 두 종류의 내성균을 효과적으로 사멸시키는 것을 확인했다.

특히 YK-mAK-17은 세균이 표면에 형성하는 보호막인 ‘바이오필름’에 대해서도 항균 효과를 보였다. 바이오필름은 세균이 서로 뭉쳐 형성하는 구조물로, 외부 환경과 항생제로부터 세균을 보호해 감염 치료를 어렵게 만드는 요인 중 하나다.

연구팀은 분자동력학 시뮬레이션과 생물리화학적 분석을 통해 YK-mAK-17의 항균 작용 원리도 규명했다. 이 물질은 서로 다른 세포막 구조를 가진 그람음성균과 그람양성균의 세포막에 효과적으로 결합해 막 구조를 파괴하고, 세포막 안팎의 전압 차이를 무너뜨리는 생화학적 ‘막전위 붕괴’를 유도한다. 또한 이와 동시에 세포 내부의 활성산소종 생성을 통해 에너지 대사를 방해하는 ‘복합 타격 메커니즘’을 작동시키는 것으로 나타났다. 이러한 다각적인 공격 방식은 세균의 진화적 대응을 억제해 기존 항생제와 달리 내성이 거의 형성되지 않는다는 점에서, 항생제의 고질적인 한계인 내성 문제를 극복할 새로운 가능성을 제시했다.

또한 YK-mAK-17은 단순히 세균을 사멸시키는 데 그치지 않고 염증반응을 억제하는 효과도 보였다. 해당 물질은 그람음성균의 LPS와 그람양성균의 LTA를 중화해 염증 유발에 관여하는 TLR4·TLR2 신호전달 경로를 억제하는 것으로 확인됐다. 실제로 연구팀은 CRAB와 MRSA 감염으로 패혈증을 유도한 마우스 모델에 YK-mAK-17을 투여해 치료 효과를 확인했으며, 이를 통해 차세대 항생제 후보물질로서의 가능성을 입증했다.

연구팀은 광범위한 다제내성균과 패혈증을 동시에 타격할 수 있는 이번 후보물질이 향후 실제 신약 개발로 이어져 슈퍼박테리아의 위협을 줄이는 데 기여하길 기대한다고 밝혔다.

이번 연구는 김양미 건국대 교수가 교신저자로 참여했으며, 이채영·조현준·정준호 석사과정생이 공동 제1저자로 연구를 주도했다. 본 연구는 과학기술정보통신부 핵심연구지원사업과 국립보건연구원의 감염병관리 기술개발연구사업의 지원을 받아 진행됐다.

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