현대 병독인자들 중에서 주변 환경에 따라 특이적으로 발현하는 것이 많아 주변 환경 인지와 병독인자 발현 조절 단백질들은 병원균의 병원성을 제어하기 위한 중요한 타겟이 되었으며 이것들의 활성을 억제, 교란, 조절 할 수 있는 물질들이 새로운 항생 전략으로 많이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 acyl tail 부분에 변화를 준 화합물들이 실제 녹농균에서도 효과적으로 QS 반응을 억제하는지와 LasR과 QscR 중 어떤 수용체 단백질을 통해 QS 저해 효과가 나타나는지를 조사하였고 이들이 병독소의 발현 및 생물막 형성과 같은 병원성 매개 인자들에 실제 어떻게 영향을 미치는지 분석하고자 한다.
<h1>서 론</h1> <p>그람음성 간균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 면역이 약화된 사람들에게 특히 치명적인 기회감염성 병원균이다. 각막, 요도, 화상 부위 등의 국소 감염을 일으키며, 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 등의 호흡기 질병의 진행에 깊이 관여한다, 여기에 관여하는 병독인자(virulence factors)에는 편모, 섬모, lipopolysaccharide, 독소(exotoxin A, exoenzyme S), 각종 프로테아제[elastase (LasB), LasA protease, alkaline protease, protease IV], 용혈소(hemolysin), 계면활성 성분(rhamnolipid) 등이 알려져 있다. 특히 ventilator나 카테터(catheter)와 같은 장비를 삽입한 환자들에서 흔히 일어나는 병원 교차감염에 매우 중요한 원인균이며, 여기에는 이러한 장비의 표면에 형성되는 생물막(biofilm)이 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 병독인자들 중에는 감염시 주변 환경에 따라 특이적으로 발현되는 것들이 많기 때문에 여기에 관여하는 주변 환경 인지 및 병독인자 발현 조절 단백질들은 병원균의 병원성을 제어하기 위한 중요한 타겟으로 여겨져 왔으며, 이들의 활성을 억제, 교란, 조절 할 수 있는 물질들이 새로운 항생 전략의 일환으로 많이 연구되어 왔다. 이 중 가장 많이 연구된 것이 세포밀도 인식 기전으로 처음 발견되어 이후 여러 세균에서 병독인자들의 발현, 생물막 형성, 운동성, 항생제 내성 등과 같은 병원성 발현에 매우 중요한 조절 기전으로 밝혀진 쿼럼 센싱(quorum sensing; QS)이다. 다양한 병원균들에서 QS는 병원성을 제어하기 위한 좋은 타겟으로 여겨지고 있으며, 다양한 QS 억제 물질들이 광범위하게 탐색되어 왔다. 더욱이 QS은 전체 만성감염의 \( 65 \% \) 이상을 매개한다고 추정되는 생물막에 의한 감염에서도 중요한 역할을 한다고 알려져 있어, QS가 세균의 병원성과 감염력을 억제하기 위한 좋은 타겟임을 말해준다. QS 조절 기전은 일반적으로 확산이 가능한 신호 물질과 이를 합성하는 효소, 그리고 이를 수용하는 수용체 단백질로 구성된다. QS 신호물질은 세균에 따라 그 구조와 종류가 매우 다양한녜, 녹농균의 경우, \(N \)- \(3 \)-oxododecanoyl homoserine lactone( \(3 \)OC \(12 \)-HSL)과 \(N \)-buturyl homoserine lactone(C \(4 \)-HSL), \(2 \)-heptyl- \(3 \)-hydroxy- \(4 \)-quinolone(Pseudomonas quinolone signal; PQS) 등을 주된 QS 신호물질로 생성한다. 그런데 C \(4 \)-HSL과 PQS의 생성은 \(3 \)OC \(12 \)-HSL 신호에 의존적이어서 QS 관련 병독 인자들의 대부분이 \(3 \)OC \(12 \)-HSL에 의해 발현이 조절된다. \(3 \)OC \(12 \)-HSL은 LasR과 QscR이라는 두 개의 수용체 단백질에 의해 수용되는뎨, 이중 LasR이 가장 초기에 \(3 \)OC \(12 \)-HSL을 수용하여 이후 C \(4 \)-HSL과 PQS 신호전달 시스템을 활성화 시키기 때문에 병원성 제어를 위한 가장 근본적인 타겟으로 생각되어 왔으며, 대부분의 QS억제 물질들은 LasR의 \(3 \)OC \(12 \)-HSL 수용을 경쟁적으로 방해하는 길항제(antagonist)로써 발견된 것들이다. 지금까지 발견된 QS 억제 물질 중 가장 주목할 만한 것은 furanone 유도체이나, 여전히 병원성 세균에 특이적으로 작용하는 보다 나은 QS 저해제가 요구되고 있는 실정이다. 이전 연구에서 본 연구팀은 in silico 모델링을 이용하여 녹농균의 LasR에 \(3 \)OC \(12 \)-HSL보다 더 잘 결합할 수 있을 것으로 예상되는 구조 유사체들을 예측하고 이를 합성하여 그 활성을 대장균 리포터 균주를 이용하여 스크리닝한 바 있다. 특히 acyl tail 부분에 변화를 준 furanone 화합물들 중 \(5 \)b와 \(5 \)f가 효과적으로 대장균 리포터 균주에서 QS 반응을 저해한 바 있었다. 본 연구에서는 이 물질들이 실제 녹농균에서도 효과적으로 QS 반응을 억제할 수 있는지, LasR과 QscR중 어느 수용체 단백질을 통해 이러한 QS 저해 효과가 나타나는지 조사하였으며, 이들이 병독소(virulence factor)의 발현 및 생물막 형성과 같은 병원성 매개 인자들에 실제 어떻게 영향을 미치는지 분석해 보았다.</p>