항생제 내성균 잡는 ‘나노미터 칼날’ 개발 [와우! 과학]

2025년 노벨 화학상은 금속 유기 골격체(MOF)를 개발한 기타가와 스스무(일본), 리처드 롭슨(호주), 오마르 야기(미국) 세 명의 과학자에게 돌아갔다. 이들이 개발한 금속 유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)는 금속 이온과 유기 분자가 연결되어 형성된 결정성 다공성 물질로 매우 넓은 내부 공간과 표면적을 가진 게 특징이다. 1g의 금속 유기 골격체 안에 축구장이 있다는 이야기가 나올 정도다. 금속 유기 골격체는 가스 저장 및 분리, 촉매, 약물 전달 등 다양한 분야에 응용될 수 있어 많은 연구가 이뤄지고 있다.

그런데 스웨덴 칼머스 대학 제장 카오 박사 연구팀은 다소 독특한 방법으로 금속 유기 골격체를 이용하는 연구를 진행했다. 연구팀의 목표는 항생제에 내성을 지닌 골치 아픈 항생제 내성균을 치료하는 금속 유기 골격체 개발이다. 항생제 내성균이 점점 확산하면서 이로 인해 사망하는 환자의 숫자는 계속 늘어날 것으로 우려되고 있다. 2050년대에 이르면 연간 1000만 명이 항생제 내성균 감염으로 사망할 것이라는 예측까지 나오고 있다.

항생제 내성균을 치료하기 위한 기존의 금속 유기 골격체 연구는 주로 항생제나 다른 약물을 내부에 품고 있다가 세균에 더 효과적으로 전달하는 방식에 초점을 맞췄다. 하지만 기본적으로 항생제에 내성이 있는 세균이라 효과는 제한적이었다. 연구팀은 화학적인 방법이 아니라 물리적인 방법으로 세균을 파괴하는 새로운 대안을 생각했다.

연구팀은 금속 유기 골격체 위에 예리한 칼날 모양의 결정체가 자라도록 만들어 나노미터 크기 돌출부인 나노팁(nanotip)을 만들었다. 그러면 이 나노미터 칼날이 직접 세균에 접촉해 물리적으로 상처를 내고 세균의 세포벽이나 세포막을 찢어 파괴하는 것이다. 물론 이 나노팁은 세균이 아니라 정상 세포에도 상처를 입힐 수 있기 때문에 항생제처럼 전신에 투여하기는 힘들다. 연구팀이 생각하는 활용 방법은 인체에 삽입하는 관인 카테터나 임플란트 표면에 이를 적용하는 것이다. 항생제 내성균이 모여서 보호막인 생물막(biofilm)을 형성하고 주변 조직에 침투하는 시작 부위가 바로 이곳이기 때문에 나노팁 금속 유기 골격체를 이용해서 아예 발을 디디지 못하게 막는 것이다.

현재도 항생제 코팅 카테터가 사용되고는 있지만, 항생제 내성균이 늘어나면서 효과가 감소하고 있다. 연구팀이 개발한 나노팁 금속 유기 골격체는 항생제 내성과 무관하게 물리적으로 세균을 막는 방법이기 때문에 이론적으로는 늘어가는 내성균 위협에 효과적으로 대응할 수 있다. 앞으로 이 기술이 실제 임상 시험을 걸쳐 상용화 될 수 있을지 주목된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com