사카린의 대반전, 항생제 내성 없애는 사카린?! / 항생제 내성 감염 약물 개발 가능성 / 항생제 내성 극복의 새로운 가능성

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사카린은?

사카린은 1878년 콘스탄틴 팔베르크와 아이라 렘센에 의해 우연히 발견된 인공 감미료입니다.

 

석탄 타르의 부산물에서 유래한 사카린은 설탕보다 약 300~700배 더 강한 단맛을 내지만, 인체 내에서 거의 흡수되지 않고 칼로리가 없어 설탕 대체재로 널리 사용되어 왔습니다.

 

 

 

 

사카린 역사와 사용

사카린은 20세기 초 설탕 공급이 부족했던 시기에 처음으로 상업적 성공을 거두었습니다.

 

이후 당뇨병 환자나 칼로리 섭취를 줄이려는 사람들에게 인기 있는 선택지가 되었으며, 청량음료, 제과, 껌, 의약품 등 다양한 식품 및 산업 분야에서 활용되어 왔습니다.

 

특히, 설탕에 비해 생산 비용이 저렴하여 광범위하게 사용되고 있습니다.

 

 

 

 

사카린의 화학적 특성

사카린은 벤조산의 이미드 유도체로, 화학식은 C₇H₅NO₃S입니다.

 

흰색의 결정성 분말로, 물에 약간 녹으며 알칼리 용액에는 더 잘 녹습니다.

 

열과 산에 안정적인 특성을 가지고 있어 가공 식품에 첨가하기 용이합니다.

 

 

 

 

사카린 안전성 논란과 현재의 평가

사카린은 발견 이후 오랫동안 안전성 논란에 휩싸여 왔습니다.

 

1970년대 초반의 동물 실험에서 사카린이 쥐의 방광암 발병률을 높인다는 결과가 발표되면서 큰 논쟁을 불러일으켰습니다.

이로 인해 미국에서는 사카린 함유 제품에 경고 문구를 표시해야 했고, 일부 국가에서는 사용이 금지되기도 했습니다.

 

그러나 이후의 광범위한 연구와 인간 대상 역학 조사에서는 사카린과 암 발병 사이의 직접적인 연관성을 찾지 못했습니다.

특히, 쥐와 인간의 생리학적 차이로 인해 쥐 실험 결과가 인간에게 그대로 적용될 수 없다는 점이 밝혀졌습니다.

 

이러한 과학적 증거를 바탕으로, 세계보건기구(WHO), 미국 식품의약국(FDA) 등 주요 보건 기구들은 사카린을 안전한 인공 감미료로 재평가했으며, 현재는 대부분의 국가에서 사용이 허용되고 있습니다.

 

최근에는 사카린이 장내 미생물에 영향을 미쳐 혈당 조절이나 염증 반응에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 발표되면서 새로운 관심과 논의를 불러일으키고 있습니다.

하지만 이러한 영향의 정확한 메커니즘과 인체에 미치는 장기적인 영향에 대해서는 아직 더 많은 연구가 필요한 상황입니다.

 

 

 

 

항생제 내성 극복을 위한 사카린의 새로운 가능성

최근 발표된 연구 "Saccharin disrupts bacterial cell envelope stability and interferes with DNA replication dynamics"는 사카린이 단순한 인공 감미료를 넘어, 심각한 글로벌 보건 문제인 항생제 내성을 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 혁신적인 가능성을 제시합니다.

 

연구 "Saccharin disrupts bacterial cell envelope stability and interferes with DNA replication dynamics"

de-dios-et-al-saccharin-disrupts-bacterial-cell-envelope-stability-and-interferes-with-dna-replication-dynamics.pdf

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1) 항균 활성의 발견

연구진은 다양한 실험을 통해 사카린이 여러 종류의 병원성 세균에 대해 직접적인 항균 효과를 나타낸다는 것을 확인했습니다.

 

그람 양성균인 S. aureus와 그람 음성균인 E. coli, K. pneumoniae, A. baumannii, P. aeruginosa에 대해 사카린 농도가 증가함에 따라 세균 성장이 억제되는 것을 관찰했습니다.

 

특히, 임상적으로 치료가 어려운 다제내성균인 A. baumannii와 P. aeruginosa에 대해서도 상당한 성장 억제 효과를 보였다는 점은 매우 주목할 만합니다.

 

 

 

2) 항균 작용 메커니즘 상세 분석

연구진은 다양한 생화학적, 유전학적 방법을 동원하여 사카린의 항균 작용 메커니즘을 심층적으로 분석했습니다.

 

세포 외피 파괴 및 돌출 매개 세포 용해: 현미경 관찰 결과, 사카린 처리된 E. coli 세포는 길게 늘어나는 현상(filamentation)을 보였으며, 세포막에서 비정상적인 돌출부(bulge)가 형성되는 것이 확인되었습니다.

 

이러한 돌출부는 결국 파열되어 세포 내용물이 유출되고 세포가 사멸하는 돌출 매개 세포 용해(bulge-mediated cell lysis) 과정을 거치는 것으로 나타났습니다.

이는 베타-락탐계 항생제의 작용 방식과 유사하며, 사카린이 세균의 세포벽 합성에 영향을 미칠 가능성을 시사합니다.

 

실제로, E. coli의 RNA 시퀀싱 분석 결과, 베타-락탐 항생제에 대한 내성 경로와 관련된 유전자들이 상향 조절되는 것이 확인되어 이러한 가설을 뒷받침합니다.

A. baumannii에서도 유사하게 세포 형태가 변형되고 세포가 부풀어 오르는 현상이 관찰되었습니다.

 

• DNA 복제 과정 간섭

- RNA 시퀀싱 분석 결과, 사카린 처리된 E. coli 세포에서 DNA 복제 및 불일치 복구 시스템 관련 유전자들의 발현이 증가하는 것을 확인했습니다.

- 이는 사카린이 DNA 복제 과정에 직접적으로 영향을 미치거나, DNA 손상을 유발하여 복구 기작을 활성화시킬 수 있음을 의미합니다.

- 형광 표지된 DNA 복제 단백질을 이용한 실험에서도 사카린 처리 시 DNA 복제 신호가 증가하는 것을 관찰했습니다.

- 특히, 일부 세포에서는 예상보다 훨씬 높은 수준의 신호 축적이 나타나, 단순한 세포 길이 증가에 의한 복제 증가 외에 다른 요인이 작용할 수 있음을 시사합니다.

 

• DNA 수복 경로 활성화

- 사카린이 DNA 손상을 유발할 가능성을 시사하는 이전 연구 결과와 더불어, 이번 연구에서는 DNA 손상 복구 경로인 BIR(break-induced replication)에 관여하는 단백질 PriB와 PriC의 기능을 억제한 돌연변이 균주를 사용하여 실험을 진행했습니다.

- 그 결과, 사카린 처리 시 PriB와 PriC가 없는 돌연변이 균주에서 DNA 복제 신호가 유의미하게 감소하는 것을 확인했습니다.

- 이는 사카린이 DNA 손상을 유발하고, 이에 대한 반응으로 BIR 경로가 활성화되어 손상된 DNA를 복구하려는 시도가 일어날 수 있음을 시사합니다.

 

 

 

3) 항생제 내성 극복에 대한 구체적인 증거

이번 연구의 가장 혁신적인 발견은 사카린이 항생제 내성 문제를 해결하는 데 실질적인 도움을 줄 수 있다는 것입니다.

 

• 세포 외피 투과성 증가

- A. baumannii는 세포 외피의 낮은 투과성 때문에 많은 항생제에 대해 내성을 나타냅니다.

- 연구진은 사카린 처리 시 A. baumannii 세포의 외피 투과성이 증가한다는 것을 형광 염색 기법(DAPI 염색)과 형광 표지된 항생제(Bocillin, Vancomycin-BODIPY, Neomycin-Cy5) 흡수 실험을 통해 입증했습니다.

- 사카린 처리된 세포에서 형광 신호가 더 강하게 나타난 것은 항생제가 세포 내부로 더 잘 침투할 수 있게 되었음을 의미합니다.

 

• 카바페넴계 항생제 효능 증진

- 특히 주목할 만한 결과는 사카린이 마지막 보루 항생제인 카바페넴 계열 항생제(doripenem, imipenem, meropenem)에 대한 A. baumannii의 감수성을 현저히 증가시킨다는 것입니다.

- 카바페넴에 완전히 내성을 나타내는 A. baumannii 균주에 사카린을 함께 처리했을 때, 항생제의 최소 억제 농도(MIC) EUCAST(European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing)의 내성 기준 이하로 떨어지는 것을 확인했습니다.

- 이는 사카린이 항생제와 병용하여 사용될 경우, 기존 항생제로는 치료가 불가능했던 다제내성균 감염을 치료할 수 있는 새로운 길을 열어줄 수 있음을 시사합니다.

- 사카린이 세포 외피의 투과성을 높여 항생제가 세균 내부의 표적에 더 효과적으로 작용할 수 있도록 돕는 것으로 추정됩니다.

 

 

 

4) 바이오필름 및 병독성 억제 효과

항생제 내성균은 종종 바이오필름이라는 보호막을 형성하여 항생제 치료 효과를 더욱 감소시킵니다.

 

연구진은 사카린이 A. baumannii와 P. aeruginosa의 바이오필름 형성을 농도 의존적으로 억제하고, 이미 형성된 바이오필름을 파괴하는 효과를 확인했습니다.

 

특히, 세균 성장 억제 효과보다 바이오필름 억제 효과가 더 크게 나타나는 것은 사카린이 바이오필름에 특이적으로 작용할 수 있음을 시사합니다.

 

또한, A. baumannii의 중요한 병독성 인자인 연축 운동성(twitching motility) 역시 사카린 농도에 따라 억제되는 것을 관찰했습니다.

 

이러한 결과는 사카린이 감염의 예방 및 치료에 다각적인 효과를 나타낼 수 있음을 보여줍니다.

 

 

 

5) 다균종 바이오필름에 대한 효과

상처 감염과 같은 실제 임상 환경에서는 여러 종류의 세균이 함께 존재하는 다균종 바이오필름이 흔합니다.

 

연구진은 주요 상처 감염균인 P. aeruginosa, A. baumannii, S. aureus를 혼합하여 다균종 바이오필름을 형성시킨 후 사카린을 처리한 결과, 사카린이 다균종 바이오필름의 형성을 억제하고 이미 형성된 바이오필름의 생체량을 유의미하게 감소시키는 것을 확인했습니다.

 

이는 사카린이 복잡한 감염 환경에서도 치료 효과를 나타낼 수 있다는 가능성을 높여줍니다.

 

 

 

6) 사카린 탑재 하이드로겔의 개발 및 치료 효과

사카린의 실제 치료 적용 가능성을 탐색하기 위해, 연구진은 사카린을 탑재한 하이드로겔을 개발하고 ex vivo 화상 상처 모델에서 그 효과를 평가했습니다.

 

돼지 피부를 이용한 실험 결과, 6% 사카린이 탑재된 하이드로겔을 1시간 동안 적용했을 때, 일반 하이드로겔에 비해 상처 부위의 세균 수가 1.23 로그(log) 감소하는 것을 확인했습니다.

 

이는 사카린이 국소 적용 항균제로서 효과적으로 작용할 수 있으며, 특히 바이오필름 형성이 흔한 만성 상처 감염 치료에 유용하게 활용될 수 있음을 시사합니다.

 

 

 

 

결론

이번 연구는 오랫동안 안전성 논란에 휩싸여 왔던 인공 감미료 사카린이 놀랍게도 강력한 항균 활성을 가지고 있으며, 특히 심각한 문제로 대두되고 있는 항생제 내성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 혁신적인 발견을 제시합니다.

 

사카린은 세균의 세포 외피를 파괴하고 DNA 복제 과정을 방해하며, 바이오필름 형성을 억제하고 기존 항생제의 효능을 증진시키는 다재다능한 능력을 보여주었습니다.

특히, 마지막 보루 항생제에도 내성을 나타내는 다제내성균에 대한 사카린의 효능은 새로운 항생제 개발의 어려움을 극복하고 기존 항생제의 한계를 보완할 수 있는 새로운 치료 전략의 가능성을 열어줍니다.

 

사카린은 비교적 안전하고 저렴하게 생산할 수 있다는 장점도 가지고 있어, 향후 추가적인 연구와 임상 시험을 통해 항생제 내성 감염 치료를 위한 중요한 치료 옵션으로 개발될 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

인공감미료 '사카린'의 대반전?…'항생제 내성' 없앤다 - 코메디닷컴