Quorum sensing (QS)은 세균 집단에서 발생하는 유전자 조절 시스템으로, 세균들이 상호 작용하고 특정 신호 물질을 이용하여 집단적인 행동을 조절하는 메커니즘입니다. QS 시스템은 Vibrio fischeri에 의한 생물발광 현상을 연구하는 과정에서 1970년대에 최조로 발견이 되었고 그 이후 수많은 연구들을 통해 QS의 중요성과 다양한 역할이 밝혀지면서, 질병 발생과정에서도 QS가 아주 중요한 역할을 한다는 것이 확인되었습니다. 위 연구에서는 QS 저해 활성을 확인하기 위해 세균 감염성 질환과 건강식품의 원료로 알려진 18가지 천연물을 조사했습니다.
<h1>서론</h1> <p>Quorum sensing (정족수 인식, QS)은 다양한 세균들이 집단적인 행동을 하기 위해 가지고 있는 유전자 조절 시스템이다. QS 시스템을 가지고 있는 세균들은 주위에 있는 개체의 밀도를 감지하고 있다가 어떤 일정 농도에 이르면 특정한 유전자(특히 병원성과 관련된 유전자)의 발현을 조절한다. Autoinducer (AI)는 이러한 조절을 가능하도록 하는 신호물질이며, 그람 음성 세균에서는 acyl 사슬을 가진 lactone(N-acyl-L-homoserine lactone; AHL)이 가장 잘 알려져 있는 물질이다.</p> <p>QS 시스템은 1970년대에 Vibrio fischeri에 의한 생물발광(bioluminescence) 현상을 연구하는 과정에서 처음 밝혀졌으며, 이 후 많은 연구들을 통해 QS이 질병 발생 과정에서도 아주 중요한 역할을 한다는 것이 확인되고 있다. Streptococcus mutans, Pseudomonas sp., E. coli 등의 biofilm (생물막) 형성도 QS을 통해 조절되고 있음이 확인되었고, P. aeruginosa가 숙주에 감염할 때 숙주 공격에 필요한 물질인 elastase, toxin A, pyoverdine 등의 생산을 QS 시스템을 통해 조절함이 확인되었으며, 그 밖에 다양한 세균들이 QS 시스템을 통해 그들의 병원성, 포자 형성, 영양적 서식지로의 이동성 같은 많은 생물학적 기능들을 조절함이 보고되었다. 특히, QS에 의해 조절되는 병원성 관련 기능들 중 biofilm 형성은 병원성 세균이 고체 표면에 부착되어 있는 다당 기질에 둘러싸인 형태로 일정 수 이상의 세균 개체에 의해 이루어지며 그들의 생장을 위협하는 환경적 기전에 대한 방어막으로 작용하여 대식 세포체, 보체를 포함하는 숙주 방어기작에 대항하고 항생제 등의 약제 투과성을 낮춤으로써 내성을 획득하게 하는데 중요한 역할을 한다고 알려져 있다.</p> <p>따라서 AHL과 같은 AI는 병원성 제어의 새로운 표적 인자로서 주목을 받고 있으며, 많은 연구자들은 QS 시스템을 대상으로 하는 새로운 항균 표적에 관한 연구를 진행하여 연구에 필요한 다양한 기술들을 개발하였다. QS 기작을 확인하는 방법으로 QS 시스템을 가지고 있는 세균의 특성에 맞게 그 표현형을 조사하거나 균 배양시 특정 유전자의 과발현을 확인하는 방법, AI를 인지하여 특정 효소를 발현하여 눈으로 AI의 존재 유무를 확인할 수 있도록 해주는 bioassay 방법 등이 개발되었다. 또한 이러한 기술들을 이용하여 세균의 QS 시스템을 교란 또는 억제시키기 위해 QS 신호 전달 물질인 AI의 생산 자체를 저해하거나 생산된 AI를 acylase, lactonase 활성을 가지는 효소를 이용해 분해하는 방법, 유사한 구조를 가지는 길항 물질을 이용해 신호를 교란시키는 방법 등이 제안되었다. AHL을 분해하는 효소는 Bacillus 속 세균의 aiiA 유전자에 의해 발현됨이 확인되었으며, 이 aiiA 유전자를 식물에 도입시켰을 때 QS을 통한 병원성 조절계를 가지는 세균에 의한 연근병 등의 질병에 대해 내성을 갖도록 할 수 있었으며 실제 적용하고 있다. 추가적인 실험을 통해 AHL을 생산하지 못하는 병원성 세균에서 일반적으로 병원성만이 극도로 저하되는 현상이 관찰되었다.</p> <p>해조류인 Delisea pulchra 종의 추출물에서 분리한 furanone 유사체가 구조적으로 AHL과 유사한 길항물질임이 확인되었으며, Serratia liquefaciens, V. fischeri, V. harvey의 QS 시스템을 저해함이 입증되었다. 그러나 furanone 유사체는 구조적인 불안정성과 독성을 가지고 있다는 단점 때문에 이를 대체 할 수 있는 새로운 물질의 탐색이 요구된다. 따라서 본 연구는 세균의 QS 시스템을 제어하기 위한 새로운 QS 저해 물질의 탐색을 목표로 하였다. 이를 위해 세균감염성 질환에 유효하다고 보고되고 있거나 건강식품의 원료로 이용되는 18가지의 천연물을 대상으로 QS 저해 활성을 확인하였다.</p>