윤상선 연세대 의대 미생물학교실 교수팀은 광범위항생제를 지속적으로 복용할 경우 병원성 세균 감염에 대한 저항성이 약화되는 원인이 장내 마이크로바이움(미생물) 변화 때문이라는 연구결과를 20일 발표했다.

이번 연구는 특정 병원체 유전자의 움직임을 자세히 살펴 병원체와의 상호작용을 규명했다는 점에서 의미가 크다. 장내 세균감염 시 저항력을 감소시키는 원인 미생물과 유전자를 찾아내면 장 관련 질환의 새로운 바이오마커로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

윤 교수팀은 광범위항생제를 지속적으로 복용한 쥐가 대표적 병원성세균 중 하나인 콜레라균 감염에 매우 취약하다는 점에 착안해 연구를 실시했다. 암피실린, 반코마이신, 스트렙토마이신, 클린다마이신 등 광범위항생제로 처리한 실험용 쥐를 분석한 결과 공생세균 균총의 다양성은 감소되는 반면 특정 미생물 군집이 특이하게 증가한 것을 확인했다.

실험용 쥐의 장내 공생세균 균총 중 특이 유전형질을 가진 대장균이 폭발적으로 증가했다. 이번에 발견된 증폭 대장균은 그동안 알려졌단 일반적인 대장균과는 다른 특징을 보였다. 유전체(genome) 분석 결과 새로운 증폭 대장균은 기존 대장균 보다 더 많은 유전자를 지니고 있는 것으로 나타났다. 특히 다른 종의 세균에서 유입된 것으로 예측되는 ‘카탈라아제(catalase)’ 유전자가 하나 더 존재했다.

연구팀은 새 카탈라아제 유전자가 기존 대장균이 지닌 KatE 유전자와 상동성을 가진 것을 확인하고 ‘eKatE(extra KatE)’라고 명명했다. 계속된 실험에서 eKatE 유전자를 결핍시킨 증폭 대장균은 활성산소계(reactive oxygen species, ROS)에 대한 저항성을 잃었다. 반면 eKatE 유전자가 발현하도록 재조합한 기존 대장균은 활성산소에 매우 높은 저항성을 보였다. 

연구팀은 또 명확한 인과관계를 규명하기 위해 세균이식(transplantation) 실험을 실시했다. 완전하게 공생세균이 형성되지 않은 갓 태어난 실험용 쥐에 증폭 대장균을 이식한 결과 콜레라 감염이 심각하게 진행됐다. 같은 조건의 실험용 쥐에 eKatE 유전자가 결핍된 증폭 대장균을 이식한 결과 콜레라균에 대한 감염이 증가하지 않았다.

윤 교수는 “항생제에 반응하는 장내 공생미생물의 변화를 관찰한 결과 특정 유전자가 장내 환경을 변화시키고 감염성 세균 증식을 유도한다는 사실을 확인했다”며 “이는 항생제 복용 후 발생하는 장내 감염성질환의 진단 및 치료에 도움될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학 전문지인 ‘네이처’의 온라인 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, 인용지수 11.47)’ 13일자에 ‘숙주의 감염 저항성에 영향을 미치는 공생미생물 유래 단일 유전자의 동정 및 기능 분석(A single gene of a commensal microbe affects host susceptibility to enteric infection)’이라는 제목으로 게재됐다.