논란이 많은 수압파쇄의 피해를 줄일 수 있는 박테리오파지

화석연료 생산의 오염을 줄이기 위한 생명공학

미국의 셰일 석유·가스 생산 증가는 세계 에너지 시장을 크게 바꿨습니다. 수압파쇄와 수평시추의 발전은 기존 유전의 생산 감소를 상쇄하고 미국 생산량을 늘리는 데 중요한 역할을 했습니다. 모든 석유·가스 생산이 1970년대부터 같은 추세로 감소했던 것은 아닙니다.

출처: EIA

셰일 개발에는 많은 물이 필요합니다. 원문은 유정 자극에 사용되는 물 13억 배럴과 연간 생산수 16억 배럴을 제시하지만, 이 수치의 지역과 기준 연도가 명확하지 않습니다. 따라서 이를 미국 전체의 현재 연간 규모로 해석해서는 안 됩니다.

생산수(PW)는 석유·가스와 함께 지상으로 올라오는 물입니다. 염류, 휘발성 유기화합물, 탄화수소 등 여러 성분이 섞일 수 있으며 조성은 지역에 따라 다릅니다. 일부 미생물이 살아남거나 증식할 수 있어 처리에 영향을 줍니다. 이는 탄소·메탄 배출과는 별개의 환경 문제입니다.

생산수는 처리 후 일부를 수압파쇄 등에 재사용하거나 지하 처분정에 주입합니다. 셰일에서 항상 압력 유지를 위해 재주입하는 것은 아닙니다. 미생물은 생물막과 미생물 유발 부식 등의 문제에 관여할 수 있습니다. 연구에서 다룬 모델 세균은 Pseudomonas aeruginosa와 Bacillus megaterium입니다. 이들 세균의 활동은 배관과 처리 공정에 영향을 줄 수 있습니다. 탄화수소의 분해 능력과 현장에서의 실제 피해는 조건에 따라 달라집니다.

미생물 제어에는 오존, 과망간산염, 과산화수소 같은 산화제와 글루타르알데히드, 차아염소산염, 과아세트산 등의 살생물제가 사용될 수 있습니다. 제조와 사용에는 비용이 들고, 잔류물과 환경 영향도 관리해야 합니다.

일부 세균은 살생물제에 대한 내성이나 생물막을 통한 저항성을 보일 수 있습니다. 더 높은 농도가 필요할 수 있지만 모든 세균이 같은 속도로 내성을 획득하는 것은 아닙니다. 항생제 내성과 유사한 측면이 있으나 동일한 과정은 아닙니다.

세균을 감염시키는 바이러스인 박테리오파지는 미생물 제어를 보완할 후보입니다. 이것만으로 생산수의 모든 오염 문제가 해결되는 것은 아닙니다.

(우리는 항생제 내성 및 치료와 관련된 맥락에서 “생물학적 항생제 만들기: BiomX vs Armata (PHGE ) ”에 대해 박테리오파지를 논의했습니다.)

세균을 겨냥하는 박테리오파지

박테리오파지는 세균을 숙주로 하는 바이러스입니다. 유전물질을 숙주에 전달하고 세균의 세포 기구를 이용해 증식합니다. 사람 세포를 감염시키는 바이러스와는 다르지만, 실제 사용 시 순도와 유전자 특성, 환경 영향을 검토해야 합니다.

감염 여부는 파지와 세균 표면 수용체 등의 상호작용에 달려 있습니다. 숙주 범위가 좁은 경우가 많아 같은 종 안에서도 특정 균주만 감염시킬 수 있습니다.

파지와 세균은 함께 진화할 수 있습니다. 그러나 바이러스가 일반적인 의미에서 살아 있는지에는 정의상의 논쟁이 있으며, 파지가 모든 세균 내성을 자동으로 극복하는 것은 아닙니다.

출처: Britannica

일부 파지는 높은 염도나 특정 온도·pH 조건에서도 활성을 유지합니다. 모든 파지가 극한 환경을 견디는 것은 아니므로 생산수의 실제 조건에서 안정성과 효과를 시험해야 합니다.

생산수의 세균 제어에 파지 활용하기

미국 텍사스대학교 엘패소 캠퍼스와 도미니카공화국 페드로 엔리케스 우레냐 국립대학교 연구진은 Pseudomonas aeruginosa와 Bacillus megaterium를 모델로 파지의 가능성을 조사했습니다.

두 세균은 생산수 처리와 관련된 문제를 연구하는 모델이며, 이를 겨냥하는 파지를 확보할 수 있다는 점도 선택 이유였습니다. 연구진은 시험 조건에서 파지 처리 후  P. aeruginosa 의 증식이 억제되는 것을 관찰했습니다. B. megaterium의 경우 Slash와 Palmer라는 두 파지를 함께 사용했을 때 단일 파지 처리보다 더 효과적이었습니다. 이는 시험된 조건의 결과이며 모든 산업 폐수에서 완전 제거가 입증되었다는 뜻은 아닙니다.

박테리오파지의 향후 과제

현장 적용을 확대하려면 파지의 대량 생산, 품질 관리와 생산수 처리 공정에 통합하는 방법을 개발해야 합니다.

숙주 특이성도 제약입니다. 여러 세균을 제어하려면 다양한 파지를 보유하고 실제 균주에 맞는 조합을 선택해야 합니다.

연구는 생산수의 미생물 제어에 생물학적 접근법을 사용할 가능성을 보여줍니다. 화학 살생물제 사용을 줄일 수 있을지는 추가 검증이 필요합니다. 파지가 염류나 모든 화학 오염물질을 제거하는 것은 아닙니다.

박테리오파지 관련 기업

많은 기업이 파지 기술을 연구하지만 상장사는 제한적입니다. 의료용 치료제를 개발하는 기업이 많으며, 환경 처리와는 시장·제조·규제 요건이 다릅니다. 높은 수익성이 자동으로 보장되지는 않습니다.

출처: Pharmaceutical Technology

1.  BiomX

BiomX는 낭성섬유증 환자의 만성 녹농균 감염과 당뇨병성 족부 골수염(DFO)의 황색포도상구균 감염을 겨냥하는 파지 치료제를 개발해왔습니다.

원문에 인용된 회사 추정에서는 미국과 서유럽의 만성 녹농균 감염 낭성섬유증 환자를 약 17,000명, 관련 세계 시장 기회를 약 16억 달러로 제시했습니다. 이는 시장 추정이며 확정 매출이 아닙니다.

원문은 미국 당뇨병 환자의 연간 하지 절단 약 16만 건과 약 20억 달러의 세계 시장 기회를 제시했습니다. 당뇨병성 족부 감염과 골수염은 절단 위험에 기여하지만, 모든 절단이 DFO 하나만의 원인으로 발생하는 것은 아닙니다.

출처: Biomx

2024년 3월에는 어댑티브 파지 테라퓨틱스 인수를 완료했습니다. 통합 회사는 두 주요 임상 프로그램을 보유하게 되었습니다. 2025년에 결과가 나올 것이라는 원문의 일정은 당시 계획이며, 프로그램별 임상 단계와 발표 일정은 달랐습니다.

출처: Biomx

초기 시험에서는 생물막 관련 감염에 대한 가능성과 안전성 자료를 보고했으며, 관찰 기간 동안 시험된 세균에서 파지 내성이 나타나지 않았다는 결과도 제시되었습니다. 작은 초기 시험에서 내성이 관찰되지 않았다고 해서 앞으로도 절대 발생하지 않는다는 뜻은 아닙니다.

회사는 아토피피부염과 관련된 피부 미생물을 겨냥하는 연구도 진행했습니다. 아토피피부염 자체를 단순한 피부 감염으로 분류해서는 안 됩니다.

2. PHAXIAM Therapeutics (PHXM.PA)

프랑스의 PHAXIAM은 2023년 6월 페레시데스 파르마와 에리테크 파르마의 합병으로 출범했습니다. 페레시데스는 파지에 집중했지만, 합병 전 두 회사가 모두 파지 전문 기업이었던 것은 아닙니다.

회사는 황색포도상구균, 녹농균과 대장균 등을 겨냥하는 파지 치료제를 개발했습니다.

일부 2상 임상시험을 2025년에 시작한다는 원문의 설명은 당시 개발 계획입니다. 실제 착수 여부와 일정은 자금 조달 및 규제 절차 등에 달려 있습니다.

출처: Phaxiam

연구개발 가능성과 별개로 자금 조달 위험이 있었습니다. 원문은 2024년 봄 회사가 현금 보유액으로 같은 해 9월까지 운영할 수 있을 것으로 예상하고 추가 연장 방안을 검토했다고 설명합니다. 이는 당시 전망이며 현재 재무 상태를 나타내지 않습니다. 주가 하락만으로 회사의 재무 상태나 그 원인을 확정할 수는 없습니다.