박테리오파지의 용균 주기

박테리오파지(bacteriophage, 줄여서 phage; 파지)는 박테리아를 감염시키는 특수 바이러스입니다. 파지의 주요 특징은 독특한 “머리-꼬리(head-tail)” 형태입니다. 파지는 박테리아 세포 외부에 부착해 감염(즉, 용균 주기(lytic cycle))을 시작합니다. 파지의 부착은 박테리아의 외부 표면에 있는 특정 수용체(receptor) 단백질과 결합하는 파지 꼬리의 단백질을 통해 이루어집니다. 꼬리는 파지의 DNA 유전체(genome)를 박테리아 세포질에 주입합니다. 용균 복제 주기에 들어간 파지는 파지의 복제와 분산에 중요한 단백질을 만들기 위해 박테리아의 세포 체계를 이용합니다. 이러한 단백질 중 일부는 파지 복제가 완료된 후 숙주 세포가 물을 흡수해 파열되게 만들어(용해(lysis)라고 불리는 현상) 새로운 박테리아 세포를 감염시킬 수 있는 수백 개의 파지를 방출합니다.

파지치료요법(phage therapy)

20세기 초부터 연구자들은 작물, 인간 및 가축의 박테리아 감염과 싸우는 데 있어 용균성 박테리오파지가 가진 잠재적 가치를 인식했습니다. 각 유형의 파지는 특정 유형의 박테리아만 감염시키고 제거할 수 있어서, 매우 특이(specific)한 형태의 항생(anti-bacterial) 치료를 할 수 있게 만듭니다. 이 특성은 우리가 흔히 박테리아 감염 시 복용하는 친숙한 항생제와는 대조적입니다 (항생제는 병원성 박테리아와 유익한 박테리아 모두를 죽이는 광범위한 치료법입니다). 광범위한 항생제 사용은 모든 종류의 항생제에 대한 박테리아 내성을 진화시켰고, 한때 치료 가능했던 감염을 잠재적으로 치명적이게 만들었습니다. 더 많은 병원성 박테리아가 항생제에 대한 내성을 진화시키면서, 특정 박테리아에 집중된 파지치료요법은 유용한 대안이 될 수 있습니다. 파지는 감염시키는 박테리아에 매우 특이하기 때문에, 파지에 대한 내성의 진화는 특정한 종류의 박테리아 균주에 국한될 것입니다.

그러나 파지 치료가 항생제의 실행 가능한 대안이 되기 위해서는 몇 가지 장애물을 극복해야 합니다. 예를 들어 파지의 높은 특이성은 단점이기도 합니다. 박테리아 병원체 종류마다 또는 병원성 종 내의 균주마다 서로 다른 파지가 필요하기 때문입니다. 따라서 다양한 박테리아 감염에 대응하는 파지를 대규모로 생성하는 것은 어려울 것입니다. 또한 파지 특이성 때문에 감염을 일으키는 특정한 박테리아 균주를 미리 알고 있거나, 그게 아니라면 치료에서 여러 개의 파지 혼합을 사용해야 할 것이고, 파지 혼합 중 하나가 병원성 박테리아와 일치하기를 바라야 할 것입니다. 이러한 단점에도 파지치료요법은 여전히 활발한 연구 영역으로 남아 있습니다.