항생제 내성균 잡는 항균 스테인리스 스틸 개발 [와우! 과학]

항생제는 20세기 의학의 진보를 이끈 혁신이었다. 항생제 개발 전에는 쉽게 치료할 수 있는 상처라도 세균에 감염되면 생명이 위험해지는 경우가 흔했다. 제2차 세계대전에서 페니실린이 수백만 명의 병사를 무사히 집으로 보냈다는 이야기는 과장이 아니다. 항생제가 있기 때문에 상처에 생긴 세균 감염도 쉽게 치료할 수 있고 수술 후 발생할 수 있는 세균 감염에서도 환자의 안전을 지킬 수 있다. 만약 병원에서 매일 사용하는 항생제가 없다면 연간 수천만 명의 환자가 죽게 될지도 모른다.

그런데 이런 일이 가정이 아니라 점점 현실이 되어가고 있다. 세균이 항생제에 대한 내성을 키우면서 흔히 사용하는 항생제의 효과가 점점 더 줄어들고 있기 때문이다. 물론 새로운 항생제를 개발하려는 노력이 덕분에 신약도 도입되고 있지만, 그보다 항생제 내성균의 확산이 더 빨라 항생제 내성균으로 인한 사망률은 갈수록 높아질 것으로 우려되고 있다.

따라서 과학자들은 새로운 기전의 항생제를 개발하는 한편, 항생제 내성균을 더 효과적으로 차단할 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다. 대표적인 것이 세균을 죽이는 항균 코팅이다. 예를 들어 구리의 경우 천연적으로 세균에 대한 독성을 지니고 있어 항균 금속 제품이나 코팅을 만드는 데 많이 활용된다. 하지만 구리로 만들 수 있는 의료용 도구나 일반 생활용품에는 한계가 있다.

조지아 공대의 아누자 트리파티가 이끄는 연구팀은 의료용 기기는 물론 우리 일상 생활에서 흔히 사용되는 금속 제품인 스테인리스 스틸을 항균 금속으로 바꾸는 기술을 개발했다. 연구팀은 먼저 스테인리스 스틸 표면을 가공한 후 여기에 구리 코팅을 입히는 방식을 시도했다. 매끈한 표면을 지닌 스테인리스 스틸 자체는 특별한 항균성이 없지만, 연구팀은 전기 화학적 방법으로 스테인리스 스틸 표면에 날카로운 바늘 같은 나노 텍스처를 입혔다.(사진) 이 거친 나노 텍스트는 두꺼운 보호막을 지닌 그람 음성균의 표면도 쉽게 찢고 파괴할 수 있지만, 훨씬 두껍고 튼튼한 사람의 피부는 쉽게 뚫을 수 없다.

하지만 이것만으로는 충분한 항균성을 확보할 수 없다고 본 연구팀은 여기에 아주 얇은 구리층을 입혀 나노 텍스트를 보호하고 항균성을 더 높였다. 일차로 세균의 보호막을 찢고 항균성을 지닌 구리에 더 많이 노출되어 세균이 파괴되는 것이다. 연구팀은 이 항균 스테인리스 스틸을 대표적인 그람 음성균인 대장균(E. coli)와 그람 양성균인 표피포도상구균(Staphylococcus epidermis)을 대상으로 테스트해 대장균의 97%와 표피포도상구균의 99%를 제거할 수 있다는 점을 확인했다. 둘 다 병원 내 감염의 원인이 되는 대표적 세균으로 최근 항생제 내성이 점점 더 강해져서 문제가 되는 세균이다.

연구팀은 스테인리스 스틸과 구리 같은 매우 흔한 소재로 만들었기 때문에 대량 생산 가능성이나 경제성 모두에서 유리할 것으로 기대하고 있다. 물론 실제 제품으로 만들었을 때 피부 자극성은 없는지, 항균성을 오래 유지할 수 있는지, 가격은 합리적인지 등 여러 가지 사항을 충분히 검증해야 실제 상용화가 이뤄질 수 있을 것이다. 이 연구는 저널 Small에 발표됐다.