Genetic Diversity and Antifungal Susceptibility among Ecological Niche Populations of Aspergillus flavus in Yaounde, Cameroon

미시적인 세계를 모든 구석구석에 작은 곰팡이 세입자들이 살고 있는, 활기차지만 보이지 않는 도시라고 상상해 보세요. 토양 속에도, 우리 작물 위에도, 공중에 떠다니기도 하며, 때로는 우리 폐 속에도 살고 있습니다. 가장 유명한 세입자 중 하나는 Aspergillus flavus라는 이름의 곰팡이입니다. 이 곰팡이는 보통 흙 속에 그냥 머물러 있지만, 두 가지 큰 방식으로 문제를 일으킬 수 있습니다. 첫째, 이들은 옥수수나 땅콩 같은 음식에 머무는 것을 좋아하는데, 여기서 아플라톡신(aflatoxin)이라는 눈에 보이지 않는 독성 독소를 만들어내어 사람들을 병들게 하거나 심지어 간암을 유발할 수 있습니다. 둘째, 면역력이 약한 사람의 폐로 들어가면 침습성 아스페르길루스증(invasive aspergillosis)이라는 심각한 감염을 일으킬 수 있습니다.

이 곰팡이와 싸우기 위해 인간은 "트리아졸(triazoles)"이라 불리는 일종의 무기 계층을 개발했습니다. 이것을 곰팡이의 문을 잠가 세포벽을 만드는 것을 막아 곰팡이를 죽이는 특수한 열쇠라고 생각해 보세요. 농부들은 작물에서 곰팡이가 자라는 것을 막기 위해 이 열쇠를 사용하고, 의사들은 환자를 치료하기 위해 이 열를 사용합니다. 하지만 함정이 있습니다. 박테리아가 항생제를 무시하는 법을 배울 수 있듯이, 곰팡이도 이 트리아졸 열쇠를 무시하는 법을 배울 수 있습니다. 이는 곰팡이가 이 열쇠들에 너무 자주 노출되어, 열쇠를 부수거나 밖으로 퍼내는 방법을 진화시킬 때 발생합니다. 과학자들이 던지는 큰 질문은 이것입니다: 우리 음식에 살고 있는 곰팡이 균주들이 너무 강력해져서 의사들의 열쇠마저 작동하지 않게 만들고 있는가? 이것은 매우 중요한 퍼즐입니다. 왜냐하면 만약 이 열쇠들이 작동을 멈춘다면, 우리의 식량 안전과 환자를 치료할 수 있는 능력 모두가 위험에 처할 수 있기 때문입니다.

카메룬의 곰팡이 이야기

이 연구에서 과학자 팀은 이 미시적인 도시의 특정 구역을 조사하기 위해 카메루의 수도 야운데(Yaoundé)로 여행을 떠났습니다. 그들은 옥수수, 땅콩, 토양, 공기, 그리고 인간의 폐 등 서로 다른 장소에 사는 곰팡이 균주들이 서로 연관되어 있는지, 그리고 작물에 사는 것들이 농부와 의사가 사용하는 "열쇠"(트리아졸)를 무시하는 법을 배웠는지 확인하고 싶었습니다.

위대한 곰팡이 사냥
연구원들은 도시 주변에서 560개의 샘플을 수집했습니다. 시장에서 옥수수와 땅콩을 가져왔고, 정원에서 흙을 펐으며, 공기 샘플을 채집했고, 심지어 현지 병원의 환자들로부터 객담(가래)을 채취했습니다. 이 거대한 더미 속에서 그들은 56개의 순수한 Aspergillus flavus 샘플을 분리해 냈습니다. 그것은 마치 수천 명의 군중 속에서 56명의 특정 용의자를 찾아내는 것과 같았습니다.

열쇠 테스트 (항진균제 감수성)
다음으로, 연구팀은 이 곰팡이 샘플들을 테스트에 투입했습니다. 그들은 농부들이 사용하는 두 가지 종류의 열쇠(디페노코나졸과 테부코나졸)와 의사들이 사용하는 두 가지 종류의 열쇠(이트라코나졸과 보리코나졸)를 사용하여 곰팡이 샘플들을 노출시켰습니다. 그들은 곰팡이의 성장을 멈추기 위해 얼마나 많은 양의 약물이 필요한지 알고 싶었습니다. 이 양을 "최소 억제 농도(MIC)"라고 부릅니다.

결과는 다소 우려스러웠습니다. 56개의 곰팡이 샘플 중 약 30.3%(17개 균주)가 적어도 하나 이상의 약물에 내성을 보였습니다. 이는 약물이 존재함에도 불구하고 곰팡이가 자랄 수 있음을 의미합니다.

• 작물의 연결고리: 옥수수와 땅콩에서 발견된 곰팡이는 공중에 떠다니는 곰팡이보다 훨씬 더 강했습니다. 작물 균주들은 곰팡이를 멈추기 위해 더 높은 농도의 약물을 필요로 했습니다.
• 교차 내성: 연구는 서로 다른 약물들 사이에 강력한 연관성이 있음을 발견했습니다. 만약 어떤 곰팡이 균주가 농부의 약물에 내성을 보였다면, 그 균주는 의사의 약물에도 내성을 가질 가능성이 매우 높았습니다. 이는 마치 곰팡이가 한 종류의 잠금장치를 무시하는 법을 배우고 나면, 건물 안의 다른 유사한 잠금장치들도 모두 무시할 수 있다는 것을 깨달은 것과 같습니다.
• 좋은 소식: 흥미롭게도, 현재 의사들이 가장 의존하고 있는 약물인 보리코나졸에 내성을 보이는 곰팡이 샘ู플은 없었습니다. 하지만 그들이 다른 약물들에 내성을 보인다는 사실은 곰팡이가 점점 더 강해지고 있음을 시사합니다.

곰팡이 가계도 그리기 (유전적 다양성)
과학자들은 단순히 곰팡이가 얼마나 강한지만 본 것이 아니라, 곰팡이의 DNA를 살펴보고 서로 다른 그룹들이 어떻게 연관되어 있는지 확인했습니다. 그들은 곰팡이 DNA에 있는 고유한 바코드와 같은 여섯 가지 특정 유전적 마커를 사용하여 가계도를 구축했습니다.

• 이웃인가 이방인인가? 그들은 옥수수와 땅콩에서 사는 곰팡이들이 서로 매우 밀접하게 연관되어 있으며, 마치 같은 유전자를 공유하는 이웃처럼 서로 닮아 있다는 것을 발견했습니다. 반면, 공중에 떠다니는 곰팡이는 전 세계에서 온 이방인들처럼 매우 다르고 다양했습니다.
• 섞이기: 연구는 곰팡이가 단순히 자신을 복제하는 것이 아니라, '재조합'이라는 과정을 통해 유전자를 섞고 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 곰팡이가 이웃들과 DNA 카드를 교환하여 더 잘 생존할 수 있는 새로운 조합을 만들어내는 것과 같습니다.
• 놀라운 점: 비록 일부 곰팡이 균주들이 정확히 같은 유전적 "바코드"를 가지고 있었음에도 불구하고, 그들이 항상 똑같이 행동하는 것은 아니었습니다. 어떤 것은 강했고, 어떤 것은 약했습니다. 이는 이 여섯 가지 바코드가 보여줄 수 있는 것보다 곰팡이 내부에 더 많은 유전적 다양성이 숨겨져 있음을 시사합니다.

이것이 의미하는 바는 무엇인가?
이 연구는 카메룬의 작물에 대한 살균제 과다 사용이 곰팡이를 내성을 갖도록 훈련시키고 있을 가능성이 높다는 것을 시사합니다. 농부들이 사용하는 약물과 의사들이 사용하는 약물이 매우 유사하기 때문에, 곰팡이는 두 가지 모두를 무시하는 법을 배우고 있습니다. 곰팡이가 아직 의사들의 가장 강력한 무기(보리코나졸)를 완전히 패배시키지는 못했지만, 농업적 내성과 임상적 내성 사이의 강력한 연결 고리는 경고 신호입니다.

연구진은 우리가 이러한 약물을 사용하는 방식에 대해 더 영리해져야 한다고 결론짓습니다. 동일한 화학적 열쇠에 너무 많이 의존하다 보면 결국 그 열쇠들을 모두 망가뜨릴 수 있습니다. 그들은 우리의 작물을 안전하게 지키고 환자들을 건강하게 유지하기 위해, 이 특정 약물들을 사용하지 않고도 식량을 보호할 수 있는 새로운 방법이 필요하다고 제안합니다. 곰팡이는 진화하고 있으며, 우리는 한 발 앞서 나가야 합니다.