※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적인 연관이 없음 / 이미지 출처 : Motion Elements
국내 연구팀이 바이오 기술과 나노 기술을 융합한 기술을 이용해, 슈퍼 박테리아를 효과적으로 제어할 수 있는 신규 항생제를 개발했다.
슈퍼 박테리아 잡는 신규 항생제
슈퍼 박테리아(Super Bacteria)란 여러 종류의 항생제에 내성이 생긴 ‘다제 내성균’을 말한다. 최근 내성 발현 속도가 더욱 빨라진 슈퍼 박테리아가 급증하면서, 기존 항생제 기반 치료법의 한계가 여실히 드러나고 있다. 이에 세계보건기구(WHO)는 슈퍼 박테리아로 인한 차세대 팬데믹이 일어날 것으로 경고하고 있으며, 새로운 항균 치료법 연구가 화두가 되고 있다.
한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 감염병연구센터 류충민 박사 연구팀은 바이오나노 기술을 이용하여 슈퍼 박테리아를 효과적으로 제어할 수 있는 금나노입자와 지질나노입자 기반의 신규 항생제를 개발했다. 이를 통해 기존 항생제가 갖는 한계를 극복할 수 있는 슈퍼 박테리아 치료의 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다.
금나노입자와 근적외선 활용
생명연 연구팀이 내놓은 이번 연구는 인체 유익균에는 영향을 주지 않으면서 특정 병원균만을 선택적으로 사멸시킬 수 있는 신개념 치료 기술이다. 항생제로 인한 내성 문제를 극복하면서도 슈퍼 박테리아를 정밀하게 표적으로 삼아 제어할 수 있다.
연구팀은 먼저 ‘시데로포어(Siderophore)’라는 유기물질에 금나노입자를 결합시켰다. 시데로포어는 세균이 생존에 필요한 철분을 획득하기 위해 만들어내는 작은 분자다. 그 후 808nm의 특정 파장을 가진 빛(근적외선)을 비추자, 세균 속으로 들어간 금나노입자가 순간적으로 수백도의 열을 발생시키며 실험대상인 녹농균을 물리적으로 사멸시켰다.
피부 감염을 일으킨 쥐 모델을 이용하여 실험한 결과, 세균 사멸 후 신속하게 상처가 치유되는 것을 확인했다. 그러면서도 면역 세포나 정상적인 피부조직에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이를 통해 치유 효과 및 생체 안전성 모두 높은 것으로 평가되었다.
유전자 편집 시스템 내부 전달
한편, 연구팀은 또 다른 연구를 통해 새로운 지질나노입자를 제작하고, 이를 통해 세균의 유전자를 수정하거나 조작할 수 있는 ‘유전자 편집 시스템(CRISPR-Cas13a)’을 전달했다. 세균 특이 가이드 RNA가 세균 내 특정 유전자를 찾아내면, 유전자 편집 시스템에 있는 효소(Cas13a)가 세포 내 RNA를 무작위적으로 분해함으로써 세균을 사멸시켰다.
마찬가지로 검증을 위해 패혈증 동물 모델을 이용한 실험을 진행했다. 그 결과, 새로운 지질나노입자에 의해 세균의 내부로 들어간 유전물질이 치명적인 유전자 편집을 일으켜 세균을 사멸시켰으며, 패혈증을 성공적으로 억제하는 것을 확인했다.
연구책임자인 류충민 박사는 “슈퍼 박테리아를 연구하는 생물학에 나노기술을 접목하여 개발한 이번 기술은 기존 항생제 치료 방식에서 벗어나 차세대 감염 치료법을 제시했다는 점에서 중요한 의미가 있다.”라며, “향후 추가적인 연구를 통해 슈퍼 박테리아와의 싸움에서 중요한 전환점을 맞이할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.
이번 연구성과는 글로벌 과학 저널인 <ACS 나노(Nano, IF=15.8)>에 지난 2월 2일 게재됐다. 또한, <어드밴스드 헬스케어 소재(Advanced Healthcare Materials, IF=10.0)>에 지난 3월 14일 표지 논문으로 게재됐다.
유전자 편집 시스템을 지질나노입자에 담아 세균 내부로 직접 전달하는 방식 / 이미지 출처 : Motion Elements
※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적 연관이 없음 / 이미지 출처 : Motion Elements
국내 연구진이 실시간 항균 및 항바이오필름 활성 분석 기술을 통해 ‘약용 참거머리(Hirudo nipponia)’의 타액선(침샘)에서 유래한 신규 항균 펩타이드를 발굴했다. 이를 바탕으로 ‘다제 내성균’, 즉 슈퍼 박테리아에 의한 감염병 치료제 개발 및 작용 기전 규명에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
다제 내성을 갖는 슈퍼 박테리아
항생제에 내성이 생긴다는 것은, 세균이나 박테리아가 항생제 효과에 저항해 생존하거나 증식할 수 있게 된다는 것을 의미한다. 이렇게 되면 감염병 치료가 더 어려워질 수밖에 없다. 항생제를 자주 사용하는 경우, 혹은 잘못된 항생제를 사용하는 경우 균이 약물에 저항하는 힘을 키워 내성이 생기게 된다.
그중에서도 다제 내성균(슈퍼 박테리아)이란, 여러 종류의 항생제에 내성이 생긴 박테리아를 말한다. 즉, 여러 항생제에 이미 내성을 갖고 있어, 실제 치료를 위해 사용할 수 있는 항생제가 몇 되지 않는 경우를 말한다.
질병관리청 국가건강정보포털에 따르면, 일반적으로 세 가지 계열 이상의 항생제에 내성을 가지게 되면 ‘다제 내성(Multidrug resistant)’라 부른다. 여기서 더 나아가 1~2가지 계열을 제외한 모든 항생제에 내성을 가질 경우 ‘광범위 내성(extensively drug resistant)’, 모든 계열의 항생제에 내성을 갖게 될 경우 ‘범약제 내성(pandrug resistant)’으로 본다.
거머리에서 발굴한 천연 항생물질
한국기초과학지원연구원(이하 KBSI) 호남권센터의 이성수 박사, 조선대학교 의과대학 신송엽 교수, 충북대학교 생물학과 조성진 교수로 구성된 공동 연구팀은 3차원 홀로토모그래피 기술을 이용해, 살아있는 슈퍼 박테리아의 항균 및 항바이오필름 활성을 실시간으로 확인했다.
항바이오필름(anti-biofilm)은 미생물이 생성하는 바이오필름을 억제하거나 제거하는 효과를 말한다. 바이오필름은 항생제나 항균제에 대한 저항성을 증가시켜 감염 치료를 어렵게 하기 때문에, 이를 무력화시키는 항바이오필름 효과가 중요성을 갖게 된다.
연구팀은 홀로그램 기술을 바탕으로 3차원 이미지를 생성하고, 이를 통해 거머리에서 유래한 천연 항생물질 ‘히루니핀 2(Hirunipin 2)’를 발굴했다. 또한, 이 물질의 항균 및 항바이오필름 효과를 검증해 새로운 내성균 치료제로서 가능성이 있다는 사실을 입증했다.
19개 후보 물질 중 최종 1개 발굴
이번 연구에서 사용한 3차원 홀로토모그래피 기술은 기존의 한계를 극복하는 새로운 방법으로 시도됐다. 3차원 홀로토모그래피는 박테리아를 추적해 항균 메커니즘을 분석하는 이미징 기법으로, 한 번의 실험에서 단일 물질에 대한 실시간 분석만 가능하다는 한계가 있었다.
그러나 이번 연구에서는 다량의 샘플을 동시에 분석할 수 있는 ODT-HTS(High-Throughput Screening) 기술을 도입했다. 이로써 신규 항생물질 발굴부터 항균 효과 검증까지 실시간 이미징 정량 분석을 활용했다. 특히, 항바이오필름 효과까지 실시간으로 분석해, 슈퍼 박테리아에 대한 작용 기전을 폭넓게 규명했다.
연구팀은 약용 참거머리의 침샘 전사체 DB를 분석하여, 항균 펩타이드의 구조 안정성, 항균 및 항염증 특성 등을 평가한 결과, 총 19개의 신규 천연 항생물질 후보를 발굴했다. 이들 후보 물질 중 ODT-HTS 분석을 통해 실제 항균 효과를 입증한 3개의 최종 후보를 선별한 다음, 항균 및 항바이오필름 활성 정도를 추가로 확인한 결과 최종적으로 ‘히루니핀 2’가 발굴됐다.
KBSI 이성수 박사는 “이번 연구는 국내 천연자원 DB와 국산 3차원 홀로토모그래피 기술을 결합해 내성균 치료제 개발 가능성을 제시하는 독창적 연구”라며 “향후 신규 항생제 개발 및 슈퍼 박테리아 연구에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)> 온라인판에 지난 13일(목) 게재된 바 있다.
논문명 : 신규 거머리 항균 펩타이드, 히루니핀: 광학 회절 토모그래피를 이용한 항균 및 항바이오필름 메커니즘의 실시간 3D 모니터링(Novel Leech Antimicrobial Peptides, Hirunipins: Real-Time 3D Monitoring of Antimicrobial and Antibiofilm Mechanisms Using Optical Diffraction Tomography)
천연물 유래 신규 항생물질 히루니핀 2 발굴 및 효용성 검증 / 제공 : 한국기초과학지원연구원, 출처 : BRIC Bio통신원
3차원 홀로토모그래피 활용 히루니핀 2에 의한 항바이오필름 효과 확인 / 제공 : 한국기초과학지원연구원, 출처 : BRIC Bio통신원
잇몸 질환이 인지 기능에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 추가로 발표됐다. 기존에도 구강 건강과 뇌 건강 사이에 연관성이 있다는 사실이 꾸준히 제기돼 왔으며, 이번 연구 또한 그 일환이라 할 수 있다. 이번 연구는 입속 미생물군의 종류에 초점을 맞춰 진행됐다.
입속 미생물군과 인지 기능 관련성
영국 엑시터 대학 연구팀이 「PNAS 넥서스(PNAS Nexus)」저널에 발표한 바에 따르면, 입속의 미생물 생태계가 인지 기능에 영향을 미칠 수 있다. 연구팀은 경도 인지장애 진단을 받은 55명을 포함해 총 115명 참가자의 입속 미생물군을 분석하여 이와 같은 결론을 내놓았다.
입속 미생물군을 분석한 결과, 일부 참가자는 '아포리포단백질 E4(APOE4)' 대립 유전자를 가지고 있었다. APOE4는 아포리포단백질 E(APOE)의 세 가지 변형 중 하나다. 뇌에서 아밀로이드 베타 단백질의 축적을 촉진하는 것으로 알려져 있어, 인지장애 및 알츠하이머 유발의 주요 원인으로 꼽힌다.
한편, 경도 인지장애가 있는 55명 그룹 중 일부에서는 ‘나이세리아(Neisseria)’ 속에 해당하는 박테리아가 더 높은 비율로 발견됐다. 이 사람들은 똑같이 경도 인지장애를 앓고 있더라도 다른 환자들에 비해 실행 기능이나 시각적 자극에 대한 주의력이 더 나은 경향을 보였다.
나이세리아 속 박테리아의 비율은 정상적인 인지 기능을 가진 사람들과도 연관성이 있었다. 나이세리아 속 박테리아 비율이 높은 사람은 ‘작업 기억(Working Memory)’ 능력이 더 우수한 경향을 보였다. 작업 기억은 ‘정보를 단기적으로 유지하고 조작하는 능력’을 말한다. 딱 필요한 순간에 기억을 유지하다가, 그 순간이 지나고 나면 사라지는 기억 유형이다.
인지 장애 위험과 관련된 박테리아들
한편, 연구팀은 ‘포르피로모나스(Porphyromonas)’ 속 박테리아의 비율이 높으면 경도 인지장애의 발생 위험이 높아진다는 결론도 함께 내놓았다. 이를 통해 포르피로모나스 속에 해당하는 박테리아가 인지 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 가설을 제기한 것이다.
연구팀은 또한, ‘프리보텔라 인터미디아(Prevotella intermedia)’ 속 박테리아가 얼마나 많은지에 따라 APOE4 유전자를 보유하고 있는지를 예측할 수 있다고도 이야기했다. 이 종류의 박테리아가 유전적 위험 요인과 연관이 있을 수 있다는 것이며, 유전자 분석 대신 입속 미생물군 분석으로도 APOE4 유전자 보유 여부를 예측할 수 있다는 의미가 된다.
‘질산염’ 식품이 입속 미생물군에 좋아
연구팀은 미생물군 분석을 비롯해 참가자들의 건강상태 및 생활습관에 대한 포괄적인 분석도 진행했다. 그 결과 연구팀은 식단이 입속 미생물군 형성에 영향을 미칠 수 있다는 의견을 정리하여 논문에 포함시켰다.
특히 ‘질산염이 풍부한 식단’을 섭취하면 입속 미생물 환경을 유익한 쪽으로 조성할 수 있다고 밝혔다. 질산염이 풍부한 음식으로 채소 중에는 시금치, 비트, 상추, 셀러리 등이 있으며 과일 중에는 수박, 견과류 중에는 호두와 아몬드가 꼽힌다. 통곡물인 오트밀과 퀴노아도 질산염이 풍부한 종류로 꼽힌다.
이런 음식들은 대개 건강한 식단을 구성할 때 단골처럼 언급되는 식품들이다. 또한, 지중해 식단, 대시(DASH) 식단과 같이 고혈압 예방 및 완화에 도움이 되는 식단에 자주 포함된다. 질산염 자체가 혈관을 이완시켜 혈압을 낮춰주는 기능을 하기 때문이다. 한편, 일부 연구에서는 질산염이 뇌 혈류를 개선함으로써 인지 기능을 개선하는 데 긍정적 영향을 미치는 것으로 보고 있다.
최근 다양한 방식으로 새로운 암 치료법들이 등장하고 있다. 이번에는 ‘박테리아’를 이용해 암을 치료할 수 있는 가능성이 제기됐다. 독성이 없는 박테리아를 통해 암 치료제를 직접 종양까지 전달하는 방법이다. 이를 통해 사망률이 높은 편에 속하는 간암, 난소암, 전이성 유방암 등에 대해서도 치료 가능성이 높아졌다는 전망이 나온다.
독성 없는 박테리아로 항암제 전달
일반적으로 박테리아는 인체에 유해하다는 이미지가 있다. 하지만 모든 박테리아가 그런 것은 아니다. 우리 몸 안에도 무수히 많은 종류의 박테리아가 존재하며, 그중 일부는 소화나 면역을 돕는 등 유익한 기능을 한다.
이런 박테리아들을 활용해 암을 치료할 수 있는 방법이 유의미한 성과를 거두고 있다. 매사추세츠 대학교(UMass) 암허스트 캠퍼스와 어니스트 제약의 공동연구팀이 개발한 독성 없는 박테리아 ‘BacID’에 대한 이야기다.
연구팀은 독성을 띠지 않도록 유전자 조작된 살모넬라균을 개발했다. 그리고 종양을 표적으로 하여 암 세포 내에 들어가 항암 치료제를 방출하는 기술을 연구했다. 이는 1차적으로 항암제로 인해 건강한 조직이 손상되는 것을 보호하는 효과가 있다. 암 세포 안으로 들어가기 전까지는 치료제를 방출하지 않기 때문이다.
BacID에는 그보다 더 중요한 특성이 있다. 항암제를 포함한 박테리아가 종양 내에서 기하급수적으로 성장한다는 것이다. 이를 통해 실제 투여한 치료제의 용량보다 훨씬 뛰어난 치료 효과를 발휘할 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.
연구팀의 수석 저자인 비슈누 라만은 “우리는 이 박테리아의 안전하고 인체 친화적으로 만드는 것에 집중했다”라며 “과거에 시도된 방법에 비해 최소 100배 더 안전할 것”이라고 말했다. 또한 그는 “우리의 목표는 병기가 상당히 진행된 암을 치료할 수 있는 잠재력을 끌어내는 것”이라고 덧붙였다.
주사 맞고 3일 후 아스피린 복용
현재의 BacID는 ‘3세대’로 분류한다. 1세대에서는 박테리아의 ‘뇌’가 스스로 종양을 찾아 치료하는 것을 기대해야 했다. 언제 치료 효과가 나타날지를 제어할 수 없었다는 한계가 있었다. 이후 2세대를 거쳐 현재는 박테리아가 암 세포를 침습해 치료를 시작하는 시점을 제어할 수 있게 됐다.
연구팀은 현재 쥐 모델을 사용해 임상 전 연구까지 진행한 상태다. 정맥 주사 방식으로 박테리아를 주입하게 되면 체내 어디로든 빠르게 퍼져나간다. 이후 2일에 걸쳐 박테리아는 종양 내에서 기하급수적으로 성장한다. 다른 건강한 장기에 퍼진 박테리아는 면역 체계에 의해 제거된다.
정맥 주사를 투여한지 3일째 되는 시점에 아스피린을 투입한다. 이는 투입된 박테리아의 편모(이동을 돕는 역할)를 활성화하는 역할을 한다. 이를 통해 성장한 박테리아는 종양 내 암 세포로 이동하게 되고 치료제를 방출하기 시작한다.
복잡해보이지만 이는 실질적인 작용 기전을 설명하는 내용이기 때문에 그렇다. 연구팀은 “가능한 한 간단하게 만드는 것이 목표였다”라고 이야기했다. 환자 입장에서 보면 단 두 가지 단계다. 정맥 주사를 받고 귀가한 다음, 3일이 되는 시점에 아스피린을 복용하면 되는 것이다. ‘암을 치료하는 방법’이라고 생각하기에는 너무도 간소화된 방법이다.
연구팀은 현재 임상시험을 위한 규제 승인 절차를 진행 중이다. BacID를 이용하는 치료법의 임상시험은 2년 뒤인 2027년에 시작한다는 계획이다.
출처 : '마이크로시스템 및 나노공학(Microsystem & Nanoengineering' 저널
혈액 대신 땀을 이용해 혈당 수치를 체크할 수 있다면 어떨까? 측정할 때마다 손끝을 바늘로 찔러야 할 필요도 없고, 연속 혈당 측정기를 착용하고 관리하는 번거로움을 감수할 필요도 없을 것이다. 새롭게 연구되고 있는 ‘종이 기반 바이오센서 시스템’이 상용화된다면 충분히 가능한 이야기다.
효소 반응에 기반한 기존 측정법
기존의 혈당 체크 시스템은 혈액 방울을 채취해 그 안의 포도당 수치를 측정하는 방법이다. 당뇨 환자 또는 혈당 관리가 필요한 환자들이 사용하는 혈당 측정기는 손가락 등에서 혈액을 채취해 포도당 수치를 측정하는 방식이다.
측정이 필요할 때마다 매번 바늘로 찔러야 한다는 점도 누군가에게는 부담일 수 있다. 체했을 때 손끝을 따는 것에도 긴장하는 사람들이 많기 때문이다. 하지만 근본적인 문제는 따로 있다. ‘채취한 혈액으로부터 혈당 수치를 확인하는 방법’에 그 한계점이 나타난다.
기존의 혈당 측정법은 ‘효소 반응’을 활용하는 방법이다. 채취된 혈액에 포도당 산화효소를 적용하면 과산화수소가 생성된다. 만들어진 과산화수소는 전기화학적 반응을 일으키는데, 이때 포도당 농도가 진할수록 강한 전류가 발생한다. 즉, 기존의 혈당 측정 장치는 효소와 포도당이 반응하면서 만들어지는 과산화수소의 양을 통해 혈당 수치를 간접 측정한다.
이는 정확도가 높으며 빠르게 혈당을 측정할 수 있다는 점에서 지금까지 널리 사용되고 있다. 하지만 사용되는 효소가 매우 민감하다는 점에서 우려가 발생한다. 포도당 측정을 위한 효소는 온도와 산성도(수소 이온 농도, pH)에 매우 민감하다.
구체적인 종류에 따라 달라질 수 있지만, 효소는 보통 30℃~40℃ 사이에서 가장 높은 활성도를 보인다. 그보다 높은 온도에서는 효소의 단백질이 변질되므로 제 기능을 잃게 된다. 반대로 너무 낮은 온도가 되면 효소의 반응 속도가 감소해 정확한 결과를 얻는 데 한계가 생긴다. pH 또한 마찬가지다. 일반적으로 pH 5.5~7.0 사이의 ‘약산성’에서 최적의 활성을 보인다.
이 때문에 측정 과정은 물론 효소의 저장 및 운송 과정에서의 환경 유지가 중요하다. 한 번 변질된 효소는 제대로 된 역할을 할 수 없으므로 측정 결과에 지대한 영향을 미칠 수 있다. 적절한 환경을 갖추고 관리한다고 해도 일정 기간 이상 보관에는 한계가 있기 때문에 실용성 면에서도 제약이 있다.
피 대신 땀을 활용한 당 수치 측정
미국 빙엄턴 대학의 바이오일렉트로닉스 및 마이크로시스템 분야 최석현 교수 연구실에서는 지난 15년여에 걸쳐 얻은 지식들을 토대로 ‘종이 기반 바이오센서 시스템’을 연구해왔다. 종이 재질을 활용한 센서를 만들어 생물학적 신호를 감지할 수 있도록 하는 시스템이다.
종이 기반 바이오센서 시스템은 ‘바실루스 서브틸리스(Bacillus Subtilis)’라는 박테리아의 포자를 사용한다. 이 박테리아의 포자는 포도당에 반응하여 발아하는데, 이때 전기적 신호를 발생시킨다. 따라서 어느 정도의 전력이 만들어지는지에 따라 해당 샘플의 포도당 수치가 어느 정도인지 확인할 수 있는 원리다.
바실루스 서브틸리스 박테리아는 전해질이 풍부한 환경에서 더욱 활성화된다. 땀의 경우 칼륨을 비롯한 전해질이 다량 포함돼 있기 때문에 박테리아 활성화에 최적의 조건을 제공한다. 이는 혈액을 채취하기 위한 침습적 방법 없이 혈당 수치를 지속적으로 측정할 수 있다는 것을 보여준다.
땀은 체온 조절 및 노폐물 배출을 위한 체액이다. 따라서 전해질은 물론 포도당도 포함돼 있다. 땀의 포도당 농도는 혈액에 비하면 낮지만, 일반적으로 혈당 수치와 비례한다. 즉, 혈당이 높으면 땀의 포도당 농도 역시 상대적으로 높게 나타난다는 의미다. 땀을 활용해 혈당 측정을 대신할 수 있는 기본 원리다.
연구&개발 중인 종이 기반 바이오센서 시스템 / 출처 : '마이크로시스템 및 나노공학(Microsystem & Nanoengineering' 저널
필요할 때만 활성화 가능
박테리아의 포자는 효소와 달리 보다 극단적인 환경에서도 변질되거나 활성도를 잃지 않는 경우가 많다. 박테리아 종류에 따라 높거나 낮은 온도, 극단적인 pH, 매우 건조한 환경 등에서도 생존이 가능하도록 진화한 것들이 있기 때문이다. 이는 최적의 온도와 pH를 유지해야 하는 효소에 비하면 훨씬 높은 안정성을 보장한다.
또한, 비용 측면에서도 유리하다. 실온에서도 보관할 수 있기 때문에 특정 조건이 갖춰진 냉장 보관 등 관리가 필요하지 않다. 유통 및 저장 등의 과정에서 그리 큰 비용을 필요로 하지 않는다. 게다가 박테리아 포자는 평소 ‘활성화되지 않은 상태’로 있다가 필요할 때만 조건을 맞춰주면 활성화시켜 사용할 수 있다. 특정 조건이 갖춰진다면 사용 후에도 다시 휴면 상태로 돌아가 재사용할 수 있다.
경제적인 면에서도 유리하다. 특히 종이 기반 바이오센서 시스템 자체가 저렴한 재료인 종이를 기반으로 하기 때문에 기존의 기술에 비해 경제성이 뛰어나다는 장점도 있다. 박테리아 포자 역시 충분한 기술과 생산 공정이 갖춰진다면 대량 생산이 가능해지므로 비용 절감에 기여할 수 있다.
한편, 박테리아 포자를 활용하는 이 방법은 체내 포도당 수치를 측정하는 것 외에도 다양한 반응에 사용될 수 있다. 다른 생화학 지표 측정, 질환 진단 등의 의료적 목적은 물론, 식품 안전 검사, 특정 장소의 환경 모니터링 등 여러 분야에서 활용 가능성을 지닌다.
여름이 다가온다. 누군가에게는 반가운 계절이지만, 또 누군가에게는 인상이 절로 찌푸려지는 계절이다. 겨울을 싫어하는 사람들에게 이유를 물으면 ‘추위’를 가장 많이 언급하듯, 여름 역시 마찬가지다. 여름을 꺼려하는 사람들은 십중팔구 ‘더위’를 이유로 꼽는다.
흔히 말하는 더위는 단순히 높은 기온 때문으로 인한 것이 아니다. 그런 거라면 ‘덥다’가 아니라 ‘뜨겁다’가 더 적절한 표현이다. 실제로 우리나라보다 더 높은 기온을 띠는 나라도 흔히 찾아볼 수 있으며, 그들 중에는 태양빛을 피해 그늘진 곳으로만 들어가도 꽤 견딜만한 경우도 심심찮게 있다. 즉, ‘뜨거움’과 ‘더움’은 완전히 일치하지 않는다는 의미다.
여름에는 보통 기온도 30℃를 웃도는 경우가 흔하다. 일부 더운 지역은 7~8월 한여름이면 체온보다도 높은 기온을 기록하는 경우도 있다. 이 때문에 사람들이 잘 인지하지 못하는 경우가 종종 있는데, 실제로 여름 더위는 고온다습, 즉 높은 온도와 높은 습도의 합작품이다.
때로는 기온이 그리 높지 않은데도 덥다고 느끼는 경우도 있다. 경험상 관공서나 공공기관의 권장 실내온도인 26~7℃만 해도 덥다고 느끼는 사람도 종종 있다. 단순히 그 사람들이 더위를 잘 타는 체질이기 때문일까? 그럴 가능성도 없지는 않지만, 그보다는 ‘습도’의 문제일 거라 의심하고 싶다.
더위도 더위지만, 높은 습도는 건강을 유지하는 데도 해가 된다. 단순히 불쾌지수를 높이는 원인만이 아니라는 것이다. 높은 습도가 건강과 어떤 연관이 있을까? 하나씩 살펴보도록 한다.
습도와 건강, 어떤 관계인가?
습도란 무엇인가? 단순하다. 공기 중에 수분이 얼마나 포함돼 있는가를 나타내는 지표다. 어차피 물은 생명을 유지하기 위해 꼭 필요한 요소. 그런데 공기 중에 물이 얼마나 포함돼 있는지에 따라 우리 건강은 폭넓게 영향을 받는다.
여름에 습도가 높게 나타나는 구체적인 원리는 몇 가지 이유가 있다. 그 중에서 가장 단순한 이유를 꼽으라면, 기온이 높아짐에 따라 수분의 증발량이 늘어나기 때문이다. 공기의 온도가 높아질수록 더 많은 수증기를 함유할 수 있다는 것도 한 이유다.
공기 중의 수분이 많아지면 자연스레 박테리아나 곰팡이와 같은 미생물이 번식하기 좋은 환경이 된다. 미생물 또한 생물이므로 수분을 필요로 하는데, 습한 환경은 그 자체로 이들에게 필요한 수분을 충분히 공급할 수 있다.
박테리아나 곰팡이가 활발하게 번식하게 되면 가장 우려가 되는 건 호흡기 건강이다. 숨을 들이쉬고 내쉴 때마다 공기 중으로 퍼진 미생물을 흡입할 수 있기 때문이다. 알레르기가 있거나 천식 등 호흡기 관련 질환이 있는 사람, 혹은 아기나 어린이 같이 면역체계가 완전히 자리잡지 않은 경우라면 몹시 유해할 수밖에 없다. 물론 건강한 사람이라고 해도 마찬가지다.
Designed by Freepik (https://www.freepik.com/)
높은 습도, 체온 조절에 이상 일으켜
더우면 땀이 난다. 높은 기온 등의 원인으로 체온이 높아지면, 가장 효율적으로 열을 방출하는 방법은 피부 표면을 통하는 것이다. 이로 인해 혈관이 확장되고 더 많은 혈액이 순환하게 된다. 그 과정에서 피부의 땀샘을 자극한다. 피부로 배출된 땀은 고온의 환경과 만나 증발하면서 열을 방출하게 되고, 그 결과 체온이 낮아진다.
하지만 습도가 과하게 높으면 이 과정에 문제가 생긴다. 가장 먼저 공기 중의 수증기가 많기 때문에 땀이 나더라도 쉬이 증발하지 않는다. 공기가 포함할 수 있는 수분량에는 한계가 있는데, 이미 많은 수분을 머금고 있다면 상대적으로 수분 증발이 더딜 수밖에 없는 것이다.
땀이 증발하지 않으면, 우리 몸은 열을 방출할 수 있는 가장 효과적인 수단을 잃는다. 기온이 높으면 체온은 계속 올라갈 수밖에 없는데, 높아진 체온을 다시 떨어뜨릴 방법이 마땅치 않게 된다. 이는 열사병 등의 질환이 나타나는 원인이 된다.
한편, 높은 습도는 심박수가 과하게 높아지는 원인이 되기도 한다. 높아진 체온을 떨어뜨리기 위해 확장된 혈관으로 더 많은 혈액을 순환시키려면 자연스레 심박수가 높아질 수밖에 없다. 하지만 습도가 높아 체온 조절이 원활하게 이루어지지 않는다면? 피부 쪽의 사정이야 어쨌든, 심장은 체온을 떨어뜨리기 위해 자신이 할 수 있는 일을 계속 할 수밖에 없다. 결과적으로 심박수가 높은 상태가 계속될 수밖에 없다.
Designed by Freepik (https://www.freepik.com/)
피부, 호흡, 그리고 심리적 문제
땀이 빠르게 증발하지 못하는 환경에서도 체온 조절을 위한 땀 배출은 계속 된다. 여름 날씨에 소위 ‘땀이 줄줄 흐르는’ 이유다.
이렇게 되면 피부는 계속 습한 상태가 유지되며 작은 마찰에도 민감해지는 상태가 된다. 또한, 땀 자체에 내포되는 각종 성분들이 세균이나 곰팡이 번식을 촉진하는 원인이 되기도 한다. 이로 인해 피부 감염, 발진, 습진 등의 증상이 발생할 수 있다.
높은 습도는 호흡에도 영향을 미칠 수 있다. 공기 중 물 분자가 많아지고 산소의 비율이 낮아지므로, 같은 횟수의 호흡을 통해 받아들일 수 있는 산소의 양에도 차이가 생긴다. 보통의 건강 상태를 가진 사람이라면 ‘호흡 시 더 많은 에너지가 필요하다’ 정도가 될 수 있을 것이다. 하지만 호흡기 질환이나 폐 질환을 가지고 있는 경우라면, 습한 환경이라는 이유만으로 호흡 곤란을 유발하거나 기존 증상이 악화되는 문제가 생길 수 있다.
땀을 통해 염분 등이 과도하게 배출되면서 체내 전해질 균형에도 문제가 생길 수 있다. 이로 인해 근육이 떨리거나 갑작스러운 어지러움을 느낄 수도 있다. 쉽게 피로감을 느끼고 작은 자극에도 불쾌감을 느끼는 등 심리적인 문제도 나타날 수 있다.
적정 습도를 유지하기 위한 방법은?
높은 습도가 단순히 불쾌지수만 높이는 것으로 알고 있었는가? 그렇다면 이번 기회에 습도가 과하게 높을 때 생길 수 있는 위험요소를 명확히 알아두기 바란다.
인간이 건강을 유지하기 위해 가장 적합한 습도는 약 40~60% 사이로 알려져 있다. 이는 개인의 체질이나 건강 상태가 천차만별이기 때문에, 최대한 포괄적으로 잡은 것이다. 가습기나 제습기 등 습도 조절 제품을 사용할 때는 약 50% 정도를 기준으로 두고 사용하면 적정 습도를 유지할 수 있다.
보다 친환경적인 방법을 원한다면 산세베리아 같은 식물을 실내에 두는 것도 도움이 된다. 이들은 공기 중의 수분을 흡수하는 작용을 하기 때문에, 어느 정도는 자연적인 습도 조절 효과를 얻을 수 있다. 다만, 식물의 경우 증산작용(transpiration)을 통해 수분을 공기 중으로 증발시킨다는 점을 유념해야 한다. 앞서 이야기했듯, 이미 공기 중에 수분이 충분히 많은 상황이라면 이 작용이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문이다.
기온 못지 않게 습도와의 싸움이 중요한 계절, 여름. 바깥이 덥고 습하면 아무래도 쾌적한 환경에 머무르고 싶어지는 게 인간의 본능이다. 하지만 그렇다고 해서 문을 닫은 채로 냉방과 제습만 반복하는 것은 피해야 한다. 쾌적한 습도를 지키겠다고 환기를 차단해버리면 공기의 신선도 자체가 떨어져 더 큰 문제를 유발할 수 있기 때문이다.
앞서 언급한 문제들이 왜 발생하는지, 보다 근본적인 해결책은 무엇인지를 고민해보자. 자신의 생활패턴에 맞춰 올 여름을 건강하게 보낼 수 있는 방법을 가까운 곳에서 찾아낼 수 있기를 바란다.
KFSH&RC는 브랜드 파이낸스(Brand Finance)가 선정한 세계 상위 250개 의료 기관 순위에 2023년에 이어 2년 연속으로 이름을 올렸으며, 2024년에는 전 세계 20위, 중동 및 아프리카 지역 1위라는 주목할 만한 결과를 이뤄냈다
킹 파이살 전문 병원 겸 연구 센터(King Faisal Specialist Hospital and Research Centre, 이하 KFSH&RC) 소속 과학자들이 전장 유전체 분석(whole-genome sequencing, WGS) 기술을 적용해 ‘Stenotrophomonas Riyadhensis’라는 새로운 종의 박테리아를 식별하는 획기적인 연구 결과를 내놓았다.
이번 발견은 박테리아가 기존의 약물과 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 큰 진전을 이뤘음을 의미하며, 혁신적인 치료 전략을 수립하는 길을 닦은 것과 같다. 전 세계가 항생제 내성 박테리아와 싸우고 있는 가운데 이와 같은 연구는 꼭 필요한 것으로 이를 통해 KFSH&RC의 첨단 연구 역량은 물론이고, 과학적 발견을 육성하고 환자 치료를 향상시키는 선도적 역할 또한 부각됐다.
‘Riyadhensis’ 박테리아의 발견 덕에 유망한 진단 방법 및 치료 방법을 혁신하는 과정에서 유전자 검사가 유용할 가능성이 높아졌다. 또 박테리아의 내성 메커니즘에 대해, 특히 중환자실(ICU) 같은 민감한 환경이나 면역 체계에 문제가 있는 환자의 경우에 대해 더욱 심도 있게 이해할 수 있게 됐다. 이는 항생제 내성 퇴치, 의약품 개발, 질병 확산 방지에 상당한 진전을 이뤘음을 의미한다.
이번에 새로 식별된 박테리아는 2019년 KFSH&RC 중환자실에서 발생한 의심스러운 발병을 심층 조사하는 과정에서 발견됐다. 그리고 이번 발견을 통해 새로운 박테리아를 찾아내고 대응하는 과정에서 전 세계 과학계와 의학계가 미처 인지하지 못하고 있던 문제가 드러났다.
이번에 발견된 박테리아는 항생제에 내성이 있는 것으로 알려진 질병 유발 박테리아 Pseudomonas aeruginosa (녹농균)의 변종으로 여겨졌지만, 이어진 WGS 분석 결과 녹농균 속(屬)의 공통된 특성을 공유하지 않는 것으로 밝혀졌기 때문이다. 대신 Riyadhensis 박테리아는 Stenotrophomonas (스테노트로포모나스)에 속하는 것으로 밝혀졌으며, 과학적으로 동일한 속(屬)이라 인정된 다른 박테리아와 달리 독특한 유전 구성과 형태적 특성을 갖춘 것으로 나타났다.
KFSH&RC의 감염병 및 면역 연구를 이끌고 있는 Ahmad Al Qahtani 박사는 “기존의 박테리아 식별 방법은 오식별로 이어질 가능성이 있었다. 반면 WGS 분석은 정확하고 표적화된 접근 방식을 취할 수 있으므로 내성 메커니즘에 대해 더 자세한 통찰을 얻을 수 있다. 이 점을 고려하면 질병 발생 조사 및 환자 치료 향상에 WGS 분석의 중요성이 입증된 것과 같다”고 밝혔다.
KFSH&RC의 장기 이식 우수성 센터에서 이식 감염 질환(Transplant Infectious Disease) 책임자를 맡고 있는 Reem Almaghrabi 박사는 더 빠르고 정확한 진단 방법을 개발하는 과정에서 지속적인 모니터링과 WGS 같은 첨단 기술의 사용이 필요하다는 주장을 피력하는 데에도 이번 발견이 중요하다고 강조했다. 또 이러한 접근 방식은 고하를 막론하고 모든 수준에 걸쳐 과학적 협력을 위한 토대를 마련하는 것과 같으므로 항생제 내성을 퇴치하려는 전 세계적인 노력을 강화할 수 있다.
새로운 종의 박테리아에서 미묘한 차이, 특히 항생제 내성을 이해한다는 것은 현대 의학에서 대단히 중요하며 박테리아 감염을 퇴치하는 주요 수단이 된다. 이러한 박테리아는 계속해서 내성을 발달시켜 인류의 건강에 심각하고 지속적인 위협이 되기 때문이다.
KFSH&RC는 브랜드 파이낸스(Brand Finance)가 선정한 세계 상위 250개 의료 기관 순위에 2023년에 이어 2년 연속으로 이름을 올렸으며, 2024년에는 전 세계 20위, 중동 및 아프리카 지역 1위라는 주목할 만한 결과를 이뤄냈다. 또 2024년에는 권위 있는 매거진 뉴스위크(Newsweek)가 선정한 세계 최고 병원 리스트에 포함되기도 했다.
KFSH&RC는 전문 의료 서비스 제공하고 혁신을 주도하며 의료 연구 및 교육의 선진 허브라는 점에서 글로벌 리더와 어깨를 나란히 하고 있다. 또 사우디아라비아 국내외로 저명한 기관들과 전략 파트너십을 맺어 의료 기술을 발전시키고 전 세계적인 의료 수준을 높이기 위해 노력을 아끼지 않고 있다.
킹 파이살 전문 병원 겸 연구 센터 소개
킹 파이살 전문 병원 겸 연구 센터(KFSH&RC)는 중동 지역 최고의 의료 기관으로, 전문 의료 서비스를 찾는 환자들이 선택하는 최적의 기관이 되는 것을 지향한다. 암, 심혈관 질환, 장기 이식, 뇌과학, 유전학 분야에서 유서 깊은 역사를 자랑한다. KFSH&RC는 2024년 ‘브랜드 파이낸스(Brand Finance)’에서 중동 및 아프리카 지역 최고의 아카데믹 메디컬 센터로 선정되며 전 세계 상위 20개 의료 기관과 어깨를 나란히 했다. 또 2024년 뉴스위크 매거진이 선정한 세계 최고의 병원(World’s Best Hospitals) 중 하나로 뽑히게 됐고 사우디아라비아에선 1위를 차지했다. 2021년 12월 21일 ‘사우디 비전 2030’의 하나로 왕실 법령에 따라 독립적인 비영리 정부 소유 기관으로 거듭났으며, 우수성과 혁신을 통해 의료 분야의 글로벌 리더가 되기 위한 포괄적인 개혁 프로그램을 진행할 수 있게 됐다.
언론연락처:킹 파이살 전문 병원 겸 연구 센터 Mr. Essam Al-Zahrani Media Affairs Acting Head 0555254429 Mr. Abdullah Al-Awn Senior Media Editor 0556294232
