암을 퇴치하기 위한 해킹 박테리아 - 탈 다니노(Tal Danino)

전체 강연 보기: https://ed.ted.com/lessons/hacking-bacteria-to-fight-cancer-tal-danino

1884년, 목에 암이 급격히 증가하게 된 불운한 환자가 관련 없는 세균성 피부 감염으로 쓰러졌습니다. 그가 감염에서 회복되자 놀랍게도 암이 줄어들기 시작했습니다. 그 감염이 환자의 면역 체계를 자극했던 것입니다. 오늘날 합성생물학자들은 종양에 직접 약을 안전하게 전달하기 위해 박테리아를 프로그래밍 합니다. 이것이 어떻게 가능한 걸까요? 탈 다니노(Tal Danino)가 알아봅니다.

강연 : 탈 다니노 (Tal Danino), 감독: 크리스 비숍 (Chris Bishop)

1884년, 한 환자의 운은
점점 더 나빠지는 것 같습니다.

이 환자의 목에는 암이
급격하게 퍼졌고,

그러고 나서 관계가 없어보이는
세균성 피부 감염으로 쓰러지게 됩니다.

하지만 곧, 뜻밖의 일이 일어났습니다.

그가 감염에서 회복되면서,
암도 줄어들기 시작했는데요.

의사 윌리엄 콜리가 7년 후에
이 환자를 추적 조사했을 때,

암에 대한 어떤 가시적인 징후도
남아 있지 않았죠.

콜리는 어떤 놀라운 일이 일어나고
있다고 믿었습니다:

박테리아 감염이 환자의
면역 체계를 자극하여

암을 퇴치시켰다고 말이죠.

콜리의 다행스런 발견 덕분에
박테리아를 의도적으로

주입해 볼 수 있게 됐고,
암을 성공적으로 치료하게 됐습니다.

한 세기가 넘어가면서 합성 생물학자들은
종양에 약물을 안전하게 직접 전달하도록

박테리아를 프로그램함으로써,

한 때는 적과도 같았던 이 동맹을
사용할 더 나은 방법을 찾아냈습니다.

암은 세포의 정상적인 기능이 변형되어
세포를 빠르게 증식 시키면서

종양이라고 불리는 성장을 형성할 때
발생합니다.

방사선, 화학요법,
면역요법과 같은 치료법은

악성 세포를 죽이려고 시도하지만
그 과정에서 몸 전체에 영향을 미쳐

건강한 조직을 교란시킬 수 있습니다.

하지만, 대장균과 같은 일부 박테리아는

종양 안에서 선택적으로 성장할 수 있는
독특한 장점을 지니고 있습니다.

실제로 종양의 핵은 면역 세포에 숨어서
안전하게 증식할 수 있는

이상적인 환경을 형성합니다.

박테리아는 감염을 일으키는 대신,

내부에서 종양을 목표로 하는
트로이 목마 역할을 하면서

암과 싸우는 약물을 운반하도록
다시 프로그래밍 되어질 수 있습니다.

박테리아를 새로운 방식으로
감지하고 반응하도록

프로그래밍하는 이 아이디어는
합성생물학 분야의 주요한 관심사입니다.

하지만 어떻게 박테리아가
프로그래밍 될까요?

핵심은 박테리아의 DNA를
조작하는 것에 있습니다.

박테리아에 특정 유전자 서열을
주입함으로써,

박테리아가 암의 성장을 방해하는
분자들을 포함한

다른 분자들을 합성하도록
지시받을 수 있습니다.

또한 생물학적 회로의 도움으로
매우 구체적인 방식으로

작동할 수 있도록 만들 수도 있습니다.

생물학적 회로는 존재, 부재 또는
특정 요인의 조합에 따라

다양한 동작을 프로그램합니다.

예를 들어, 종양은 낮은 수치의
산소와 pH를 지니며

특정 분자를 과잉 생산합니다.

합성 생물학자들은
박테리아를 프로그램하여

그러한 상태를 감지할 수 있습니다.

그렇게 함으로써, 건강한 조직을 피하고
종양에 반응합니다.

동기화된 용해 회로(SLC)로 알려진
한 유형의 생물학적 회로는

박테리아가 약을 공급할 뿐만 아니라

정해진 일정에 따라
이를 수행할 수 있게 합니다.

첫째, 건강한 조직에
해를 주지 않기 위해

박테리아가 자라면서
항암제의 생산이 시작되는데,

이는 종양 자체 내에서만 일어납니다.

그 다음으로, 항암제를 생산한 후

작동 스위치는 박테리아가
임계 개체수 한계점에 도달하면

박테리아가 파열하도록 합니다.

이는 약을 방출하고
박테리아 개체수는 감소시킵니다.

하지만, 특정 비율의 박테리아는
서식지를 보충하려고 살아남습니다.

결국 박테리아의 숫자는 작동 스위치를
다시 당길만큼 증가하고

이러한 주기는 계속됩니다.

이 회로는 암과 싸우기 가장 좋은
일정에 따라 약물을 전달하도록

미세하게 조정될 수 있습니다.

이러한 접근법은 쥐를 사용한
과학 실험에서 유효함이 입증되었습니다.

과학자들은 박테리아를 주입하여
림프종 종양을 성공적으로

제거할 수 있었을 뿐만 아니라
쥐 속의 어느 곳에서도 치료되지 않은

림프종을 식별하고 공격하도록
면역 세포가 접촉하는

면역 시스템을 자극했습니다.

다른 많은 치료법과 달리 박테리아는
특정 유형의 암이 목표가 아니라

모든 고형 종양이 공유하는 일반적인
특성을 대상으로 합니다.

프로그램이 가능한 박테리아도
단순히 암과 싸우는 것으로 제한되지 않습니다.

대신에 박테리아는
미래의 질병 부위를 모니터링하는

정교한 센서 역할을 할 수 있습니다.

안전한 프로바이오틱 박테리아는
장내에서 휴면 상태를 유지하며

증상이 발생되기 전에
장애를 감지하고, 예방하며,

치료할 수 있습니다.

기술의 발전은 기계식 나노봇으로
구동되는 개인화된 의약품의

미래에 대한 흥분을 불러 일으켰습니다.

그러나 수십억 년의 진화 덕분에

우리는 이미 출발점을

예상치 못한 생물학적 형태의
박테리아에서 찾았는지도 모릅니다.

혼합물에 합성 생물학이 더해지면,

곧 무엇이 가능해 질지
누가 알 수 있을까요.