김충섭, 이효종, 이원식 교수 연구팀, 희귀 장내미생물에서 대장암 억제 물질 발굴

- 항생제 스트레스에 반응해 생성된 미생물 대사체, 암 관련 염증과 혈관신생 동시 억제 -

약학과 김충섭 교수팀은 이효종, 이원식 교수 연구팀과 함께 희귀 장내미생물에서 혈관신생을 선택적으로 억제하는 새로운 대사체를 발굴하는 데 성공했다.

이번 연구의 핵심은 항생제인 에리스로마이신(erythromycin)*이 장내미생물의 생합성 유전자 발현을 자극하여 신규 활성물질의 생산을 유도할 수 있다는 사실을 규명한 데 있다. 연구팀은 항생제를 이 장내미생물에 처리했을 때, 새로운 화학골격을 가진‘에뉴리스타틴(aneuristatin)’이라는 이름의 신물질을 포함한 8가지의 새로운 대사물질이 생성됨을 확인하였다. 또한, 생합성 경로를 분석한 결과, 아미노산의 한 종류인 타이로신 세 분자가 결합되어 에뉴리스타틴이 생성됨을 확인하였다.

* 에리스로마이신: 세균의 단백질 생성을 방해해 감염을 치료하는 대표적인 항생제로, 일반적으로 호흡기 감염이나 피부 질환 치료에 널리 사용됨.

연구결과에 따르면, 에뉴리스타틴은 암세포 주변에 새로운 혈관이 생기는 것을 억제하는 작용을 보였다. 이는 암의 성장과 전이에 중요한 역할을 하는 단백질(HIF-1α와 VEGF*)을 조절하는 방식으로 작용하며, 연구팀은 제브라피쉬와 마우스 모델을 이용해 이 효과를 실험적으로 입증했다. 또, 에뉴리스타틴은 염증과 조직 섬유화까지 동시에 억제해, 암뿐 아니라 심혈관 질환 등 여러 질환 치료에 폭넓게 활용될 수 있는 가능성을 보여주고 있다.

* HIF-1α: Hypoxia-Inducible Factor 1-alpha, 저산소 상태에서 혈관 생성과 대사를 조절하는 핵심 단백질.

* VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor, 혈관 내피세포의 증식과 혈관신생을 촉진하는 신호 단백질. 종양의 성장 및 전이를 조절하는 주요한 항암치료 표적.

종합적으로, 본 연구는 항생제의 복용이 장내미생물의 대사 시스템을 변화시켜 인체에 유익한 대사체의 생성을 유도할 수 있음을 입증한 사례로, 장내미생물 기반 신약개발의 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

김충섭 교수는 “이번 연구는 장내미생물의 대사 능력이 환경 변화, 특히 항생제 자극에 의해 어떻게 활성화될 수 있는지를 보여주는 중요한 사례”라며, “희귀 미생물이 가진 대사적 잠재력을 활용한 장내미생물 기반 신약 개발이 더욱 활발히 이루어질 수 있을 것”이라고 전했다.

이 연구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부와 BK21 프로젝트의 지원으로 수행되었으며 연구 결과는 화학 분야 최고 권위 국제학술지인 Journal of the American Chemical Society (JACS)에 2025년 4월 30일자로 게재되었다. (doi: 10.1021/jacs.5c03174)

※ 논문명: Erythromycin Stress Upregulates Antiangiogenic Metabolites in the Gut Bacterium Aneurinibacillus anertinilyticus

※ 저자: 교신저자 김충섭ㆍ이효종ㆍ이원식, 제1저자 하영준ㆍ황수정ㆍ홍수빈ㆍ김종환

※ 저널: Journal of the American Chemical Society

※ DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c03174