약물재창출을 통한 카바페넴 내성 아시네토박터 바우마니 치료제 후보 물질 개발

초록

ㅁ 연구목표 ㅇ 약물재창출을 통해 카바페넴 내성 아시네토박터 바우마니에도 효과를 보이는 치료 후보물질을 개발 ㅁ 연구내용 및 결과 본 연구는 카바페넴 내성 아시네토박터 바우마니(CRAB, carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii) 감염 치료를 위한 유효물질을 발굴하고 평가하기 위해수행되었다. 총 6,158종의 화합물을 확보하여 화합물 라이브러리를 구축하였으며, 감수성 균주(ATCC 19606) 및 내성 균주(CRAB57)를 활용하여 항균활성과 카바페넴 보조활성을 평가할 수 있는 스크리닝 방법을 확립하였다. 1차 스크리닝을 통해 A.baumannii 생장 저해 물질 71종을 선발한 후, 독성 및 임상 적용 가능성을 고려하여 최종 5종의 항균활성 물질과 1종의 카바페넴 보조활성 물질(KS-2)을 선정하였다. 특히, KS-2는 imipenem과 상승효과를 보이는 기존 항생제 (azithromycin)으로 확인되었으며, 그람음성균인 A. baumannii에서 감수성 확인을 위한 실험법을 확립하였다. 이를 이용하여 국내 종합병원에서 수집한 A. baumannii 89주를 대상으로 azithromycin의 감수성을 평가한 결과, RPMI 배지에서 내성률이 53.9%로 감소하는 현상을 확인하였다. Checkerboard assay를 통해 5개 임상분리주 중 3개에서 azithromycin과 imipenem의 상승효과를 검증하였다. 이를 통해 azithromycin이 카바페넴과 병용 시 CRAB 감염 치료 가능성을 높일수 있음을 확인하였다. 또한, azithromycin과 imipenem 병용 처리에 따른 CRAB 의 전사체 변화를 분석한 결과, 유전자 발현보다는 단백질 수준에서의 기작 연구가 필요함을 확인할 수 있었다. 또한 in vivo 연구를 수행하기 위해 발광단백질 유전자가 삽입된 CRAB 균주를 제작하였으며, 이를 활용하여 동물 모델에서의 감염 및 치료 효과를 평가할 수 있는 기반을 마련하였다. 본 연구를 통해 확보한 유효물질과 스크리닝 기술은 CRAB 감염 치료제 개발뿐만 아니라, 다른 병원체에 대한 항생제 개발에도 활용될 수 있다. 특히, azithromycin의 카바페넴 병용 효과가 확인됨에 따라 추가적인 활성 및 안전성 데이터를 확보하면 임상 적용 가능성이 높아질 것으로 기대된다. ㅁ 기대효과 및 활용방안 ㅇ 연구를 통해 확보한 화합물, 스크리닝 실험법 등 연구 인프라는 향후 다른 병원체를 대상으로 하는 치료제 개발에도 활용될 수 있으며, 연구경험을 바탕으로 민간 항생제/보조제 개발 연구 지원에도 활용될 수 있을 것으로 기대함

This study was conducted to identify and evaluate effective compounds for treating carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CRAB) infections. A chemical library comprising 6,158 compounds was established, and a screening method was developed to assess antimicrobial activity and carbapenem adjuvant activity using a susceptible strain (ATCC 19606) and a resistant strain (CRAB57). Primary screening identified 71 compounds that inhibited the growth of A. baumannii, and after considering toxicity and clinical applicability, five antimicrobial compounds and one carbapenem adjuvant compound (KS-2) were selected. Notably, KS-2 was identified as azithromycin, an existing antibiotic that exhibited a synergistic effect with imipenem. A testing method was established to assess the susceptibility of A. baumannii, and susceptibility testing on 89 clinical isolates collected from a general hospital in Korea revealed that the resistance rate decreased to 53.9% in RPMI medium. Checkerboard assays confirmed the synergistic effect of azithromycin and imipenem in three out of five clinical isolates. These findings suggest that azithromycin, when combined with carbapenems, may enhance the treatment potential for CRAB infections. Furthermore, transcriptomic analysis of CRAB treated with azithromycin and imipenem indicated that further investigation at the protein level is required to elucidate the mechanism of action. To facilitate in vivo studies, a CRAB strain expressing a bioluminescent protein gene was constructed, providing a foundation for evaluating infection and treatment efficacy in animal models. The chemical library and screening techniques developed in this study can be applied not only to CRAB infection treatment but also to the development of antibiotics for other pathogens. In particular, the confirmed carbapenem-adjuvant effect of azithromycin suggests that with further validation of its efficacy and safety, its clinical applicability could be significantly enhanced.