한 연구 시설에서 150마리 이상의 비인간 영장류가 2년 넘게 설사와 싸우는 것은 '행운'이라고 말하기 어렵습니다. 그러나 한 과학자 팀에게는 그야말로 귀중한 데이터의 보고였습니다. 특히 역겨운 적을 물리칠 방법을 찾는 데 유용한 정보의 더미였죠.

Science Translational Medicine 최신호에 발표된 연구에서 연구자들은 감염으로 인한 면역 데이터의 더미를 샅샅이 뒤져, 발병의 원인인 시겔라(Shigella) 박테리아를 물리치도록 면역 세포를 훈련시키는 새로운 방법을 기록했습니다. 그들은 면역 체계가 가장 효과적으로 공격할 수 있는 박테리아의 특정 부분을 골라내어 표적 분자를 특정 유형의 박테리아 파괴 면역 반응에 연결했습니다. 또한 가장 강력한 항체가 부착되는 울퉁불퉁한 표적 분자 내의 작은 노치까지 정확히 찾아냈습니다.

저자들은 "우리 연구는 자연 감염된 [비인간 영장류]에서 항시겔라 항체 반응의 예상치 못한 특징을 밝혀냈으며, 시겔라 백신 후보의 합리적 설계를 위한 한 단계를 나타냅니다"라고 썼습니다. 2년간의 똥 대재앙만큼 '합리적 설계'를 잘 보여주는 것은 없으니까요.

시겔라는 연간 2억 명 이상을 공격하고 20만 명 이상(주로 어린이)을 사망에 이르게 하는 위장관 질환입니다. 생존자들은 일반적으로 일부 보호 면역 반응을 발달시키지만, 다양한 종과 혈청형을 고려할 때 이러한 반응은 박테리아 군의 좁은 범위에만 효과가 있는 경향이 있습니다. 게다가 시겔라 균주는 항생제 내성이 점점 더 강해지고 있습니다.

이런 지저분한 족속 전체를 퇴치할 백신의 필요성은 명확하며, 여러 개발 노력이 진행 중입니다. 그러나 과학자들은 정교한 백신에 필요한 상세한 분자 및 구조 데이터 없이 고생해 왔습니다. 그때 발병이 발생했습니다.

발병은 2022년 12월 매디슨에 있는 위스콘신 국립 영장류 연구 센터에서 시작되었습니다. 비인간 영장류는 시겔라의 자연 숙주이며, 그러한 시설에서의 발병은 드문 일이 아닙니다. 그러나 발병이 이렇게 크고 오래 지속되는 것은 이례적입니다. 일부 시설 직원도 병에 걸렸습니다.

총 169건의 미생물학적으로 확인된 시겔라증 사례가 영장류에서 발생했습니다. 연구자들은 혈청형 분석을 위해 151개의 시겔라 분리주를 수집하고 95개의 대표 분리주에 대해 전체 게놈 시퀀싱을 수행했습니다. 발병은 두 개의 관련된 시겔라 플렉스네리(Shigella flexneri) 클러스터에 의해 발생했으며, 이 종은 일반적으로 사육 중인 비인간 영장류를 공격합니다(인간 발병은 더 자주 시겔라 소네이(Shigella sonnei)에 의해 발생하지만, 둘 다 영장류를 감염시킬 수 있습니다). 항균제 내성 검사를 받은 90개 분리주 중 절반 이상(63%)이 다제 내성이었습니다. 대부분의 사례는 경미한 설사를 유발했지만 무증상 사례와 중증 사례도 있었습니다. 유아가 가장 큰 피해를 입었으며, 이는 인간의 패턴을 반영합니다.

연구자들은 감염된 41마리의 동물에서 감염 후 1, 2, 4-6주에 혈청, 혈장 및 특정 면역 세포를 채취하여 면역 반응을 분석했습니다.

먼저, 그들은 박테리아 막에서 튀어나온 큰 분자인 LPS(리포폴리사카라이드)의 가장 바깥쪽 구성 요소인 O-항원을 공격하는 항체를 찾았습니다. LPS는 대장균, 살모넬라, 시겔라를 포함한 그람 음성 박테리아에서만 발견됩니다. O-항원은 일반적인 면역 표적이지만 가변적입니다. 한 혈청형의 O-항원에 대한 항체는 다른 혈청형과 싸우는 데 도움이 되지 않을 수 있습니다.

그들은 O-항원에 결합하는 다양한 항체를 발견했으며, 일부는 반복적인 노출로 강화되었습니다. 가장 흥미로운 점은 그들이 많은 다른 혈청형의 O-항원을 공격하는 능력을 발달시키는 것처럼 보였다는 것입니다. 이는 백신에 중요합니다. 또한 강하게 결합하는 항체는 박테리아 세포를 분해하는 연쇄 반응을 유발할 수 있습니다. 이것도 유용한 기능입니다.

다음으로, 그들은 박테리아가 숙주 세포에 효과기 단백질을 주입하는 데 사용하는 주사기 모양의 장치인 3형 분비 시스템(T3SS)의 일부를 공격하는 항체를 조사했습니다. 시겔라 T3SS의 끝에는 IpaB와 IpaD라는 두 개의 단백질이 있으며, 영장류 항체가 표적으로 삼았습니다. 일부