나노기술 및 정책 정보

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● 미국 Massachusetts Institute of Technology의 Sangeeta N. Bhatia 교수 연구팀이 바이러스성 폐렴과 세균성 폐렴 감염을 구분할 수 있는 나노센서를 개발

● 세균성 폐렴 치료에 사용되는 항생제는 바이러스성 폐렴 환자들에겐 도움이 되지 않기 때문에 정확하게 구분하는 것이 중요한 과제 중 하나

● 바이러스성 폐렴과 세균성 폐렴을 구분하기 어려웠던 이유는 폐렴구균, 헤모필루스 인플루엔자 등 폐렴을 유발할 수 있는 미생물, 바이러스가 너무나도 많기 때문

● 이에 연구팀은 나노센서를 설계하면서 병원체를 감지하기보다는 감염에 대한 숙주의 반응을 측정하는 데 집중

● 바이러스와 세균성 감염은 단백질을 분해하는 효소인 프로테아제의 활성화 등 독특한 형태의 면역 반응을 유발하기 때문에 효소의 활동 패턴이 세균 또는 바이러스 감염 징후로 작용

● 또한, 인간게놈은 500개 이상의 프로테아제를 암호화하고 있으며, 이들 중 상당수는 T세포, NK세포 등 감염에 반응하는 세포에 의해 활성화됨.

● 연구팀은 호흡기 감염 동안 발현되는 33개의 유전자 데이터를 수집하여 분석함으로써 각각의 감염에 다르게 반응하는 것으로 추정되는 39개의 프로테아제를 식별하였으며, 프로테아제들과 상호작용할 수 있는 20개의 센서를 제작

● 특히, 해당 센서는 특정 단백질 분해 효소에 의해 절단될 수 있는 펩타이드로 구성된 나노입자로 되어있으며, 각 펩타이드는 감염된 단백질 분해 효소에 의해 절단될 때 방출되는 리포터 분자로 표지

● 리포터 분자는 소변으로 배설되며, 소변을 질량 분석법으로 분석하여 어떤 단백질 분해 효소가 폐에서 가장 활동적인지 확인 가능

● 테스트 결과, 나노센서는 5가지 병원체를 구별하는 것을 확인하였으며, 해당 연구로 다양한 유형의 감염에 대한 숙주 반응의 패턴을 확인

※ PNAS 게재(2022.06.13.), “Host protease activity classifies pneumonia etiology”