항생제도 소용없는 이유…단일세포 분석으로 '숨은 내성' 찾았다

항생제가 듣지 않는 박테리아 감염의 원인을 규명할 수 있는 새로운 단일세포 분석 기술이 개발됐다.

6일(현지시간) 생명과학 전문매체 아조라이프사이언스에 따르면, 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'는 개별 박테리아 세포의 대사체를 정밀 분석하는 'SinBactM' 플랫폼 개발 연구를 게재했다. 이 기술은 집단 평균값만 보여주던 기존 방식의 한계를 넘어, 항생제에도 살아남는 일부 박테리아의 '이종내성(heteroresistance)' 비밀을 푸는 열쇠가 될 전망이다.

SinBactM은 미세추출 기술과 유도 나노분무 이온화 질량분석법(InESI-MS)을 결합한 방식이다. 유리 슬라이드에 고정된 단일 박테리아 세포 위로 미세 모세관을 이용해 극소량의 추출 용매를 떨어뜨린다. 이후 이 용매 방울을 질량분석기로 분석해 세포 내 대사 물질을 확인한다.

연구팀은 이 기술을 대장균(E. coli), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 등 다양한 박테리아에 적용했다. 그 결과 종별로 뚜렷하게 구분되는 대사 특징을 확인했으며, 동일 종 집단 내에서도 대사 상태가 다른 여러 아집단이 존재함을 발견했다.

특히 콜리스틴 항생제에 이종내성을 보이는 폐렴간균 집단에서 8개의 뚜렷한 클러스터를 확인했다. 이 중에는 항생제에 완전한 저항성을 갖는 세포와 유사한 대사 상태를 보이는 희귀 집단도 포함됐다. 이는 일부 박테리아가 항생제 스트레스 속에서 저항성과 유사한 상태로 변화하며 생존함을 시사한다.

이 기술의 핵심은 분석 후에도 박테리아 세포의 형태가 보존된다는 점이다. 이는 향후 단일세포 RNA 시퀀싱 등 다른 분석 기법과 결합하는 '다중오믹스' 연구로 확장될 가능성을 연다. 이를 통해 미생물 생태, 숙주-병원체 상호작용, 항생제 내성 연구에 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.

연구팀은 SinBactM이 아직 대사체 분석 범위가 완전하지 않고 처리량이 낮다는 한계가 있다고 언급했다. 하지만 향후 이온화 효율과 추출 전략을 개선하면 복잡한 미생물 시스템 연구에 더욱 강력한 도구가 될 것이라고 전망했다.