바이오필름을 억제하는 보스웰리아, AKBA의 항균 효과

Antistaphylococcal and biofilm inhibitory activities of acetyl-11-keto-β-boswellic acid from Boswellia serrata (2011)

https://doi.org/10.1186/1471-2180-11-54

 

보스웰리아에서 유래한 아세틸-11-케토-β-보스웰릭산(AKBA)은 항염증 및 항암 효과로 잘 알려진 화합물이지만, 이번 연구에서는 AKBA가 강력한 항균 및 바이오필름 억제 효과를 나타낸다는 새로운 결과를 제시했다. 특히 AKBA는 그람양성 세균(Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis 등)에 대해 강력한 활성을 보이며, 바이오필름의 형성을 억제하고 이미 형성된 바이오필름을 제거하는 데 효과적이었다. 이번 연구는 AKBA가 항생제 내성 세균 치료의 새로운 대안으로 활용될 가능성을 보여준다.

 

AKBA의 항균 효과

1. 항균 활성

• AKBA의 주요 타겟
  AKBA는 그람양성 세균(Staphylococcus aureus, MRSA, Staphylococcus epidermidis 등)에 대해 강력한 항균 효과를 보였다. 연구 결과, AKBA의 최소억제농도(MIC)는 2–8 μg/mL로 측정되었다.
  • Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA): MIC 2–4 μg/mL
  • Vancomycin-resistant Enterococcus faecalis (VRE): MIC 8–16 μg/mL
• 그람음성 세균에 대한 효과 부재
  AKBA는 Escherichia coli 및 Pseudomonas aeruginosa와 같은 그람음성 세균에 대해서는 효과가 없었다(MIC >128 μg/mL). 이는 그람음성 세균의 외막이 AKBA와 같은 지용성 화합물의 침투를 차단하기 때문으로 해석된다.

2. 항생제 효과 지속성 (Post-antibiotic effect, PAE)

AKBA는 항생제 효과 지속 시간(PAE)이 길어 항균력이 오래 유지되는 특성을 보였다.

• Staphylococcus aureus에서 PAE는 2×MIC 기준으로 약 4.8시간으로 측정되었다.
• 이는 기존 항생제인 시프로플록사신(Ciprofloxacin)의 2×MIC 기준 PAE 시간(2.2시간)보다 훨씬 길다.

 

바이오필름 억제 및 제거 효과

1. 바이오필름 형성 억제

• AKBA는 Staphylococcus aureus와 Staphylococcus epidermidis가 생성하는 바이오필름 형성을 효과적으로 억제했다.
• 50% 바이오필름 억제 농도(MBIC50)는 약 16–32 μg/mL로, 이는 MIC의 약 4배에서 8배 농도에 해당한다.

2. 이미 형성된 바이오필름의 감소

• AKBA는 이미 형성된 바이오필름을 제거하는 데도 유효성을 보였다.
• 50% 바이오필름 감소 농도(MBRC50)는 약 32–64 μg/mL로 측정되었다.

3. 바이오필름 관련 감염에 대한 가능성

의료 기기 표면이나 손상된 조직에서 흔히 발생하는 바이오필름 기반 감염은 항생제 내성 문제로 인해 치료가 매우 어렵다. AKBA는 바이오필름 형성과 제거 모두에 효과적이어서 이러한 감염 치료에 새로운 가능성을 제시한다.

 

AKBA의 작용 기전

1. 세균 세포막의 손상

• AKBA는 세균 세포막 구조를 손상시켜 세포 내 물질의 누출을 유발했다.
• 프로피디움 아이오다이드 염색 실험
  AKBA 처리 후 세포는 염색 물질(프로피디움 아이오다이드)의 흡수가 증가했으며, 이는 세포막 투과성이 변화되었음을 보여준다.
• 세포 내 물질 누출 실험
  AKBA는 Staphylococcus aureus의 세포막을 손상시켜 260nm 및 280nm에서 흡수되는 세포 내 물질이 세포 밖으로 누출되었다.
  • 64 μg/mL 농도에서 120분 후 세포 내용물 누출율은 대조군에 비해 유의미하게 높았다.

2. 그람음성 세균에 대한 한계

그람음성 세균의 외막은 지용성 화합물이 세포 내부로 침투하는 것을 차단한다. 이는 AKBA가 그람양성 세균에 대해서만 효과를 보이는 이유로 해석된다.

 

 

AKBA의 항균 및 바이오필름 억제 효과

1. Post-antibiotic Effect (PAE)

   • AKBA는 Staphylococcus aureus에 대해 항생제 효과 지속 시간이 길었다.
   • AKBA 2×MIC에서 PAE가 4.8시간으로, 기존 항생제 시프로플록사신보다 효과가 더 오래 지속되었다.

2. Biofilm Inhibition

   • AKBA 농도가 증가할수록 Staphylococcus aureus와 Staphylococcus epidermidis의 바이오필름 형성이 감소했다.
   • 32 μg/mL에서 50% 이상의 억제 효과가 나타났다.

3. Biofilm Reduction

   • 이미 형성된 바이오필름에 대해서도 AKBA는 농도 의존적인 제거 효과를 보였다.
   • 64–128 μg/mL에서 바이오필름이 50% 이상 제거되었다.

4. Membrane Leakage

   • AKBA는 Staphylococcus aureus의 세포막을 손상시켜 세포 내부 물질(260nm, 280nm 흡수 물질)이 유출되었다.
   • 120분 후 260nm에서 15%, 280nm에서 19%의 물질이 누출되었으며, 이는 세포막 파괴를 의미한다.

 

연구 결론

AKBA는 항생제 내성 세균(MRSA, VRE)과 바이오필름 관련 감염 치료에 있어 매우 유망한 물질로 평가된다. 특히 바이오필름 형성 억제와 제거 효과는 의료 기기 관련 감염 치료에 새로운 가능성을 제시하며, 향후 약물 개발 연구에서 중요한 기반이 될 수 있다. 또한 AKBA의 전달 시스템 개선과 같은 추가적인 연구가 필요하며, 이를 통해 AKBA가 항균제 및 항바이오필름 제제로 상용화될 가능성이 높아질 것으로 보인다.

 

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