Leveraging genomes and metagenome-assembled genomes unveils novel diversity and transmission between public transport and clinical settings in Acinetobacter
본 연구는 대중교통 시스템에서 유래한 메타게놈 조립 게놈(MAGs)을 임상 분리주와 통합함으로써 다수의 아시네토박터(Acinetobacter) 종에 대한 광범위하게 인식되지 않은 다양성과 전파의 증거를 밝혀냈으며, 이는 인공 환경의 게놈 감시 및 공중 보건에 있어 MAGs의 결정적인 역할을 강조한다.
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박테리아는 토양, 물, 그리고 우리의 피부 등 어디에나 존재하지만, 과학자들은 전통적으로 실험실의 페트리 접시에서 이들을 배양하여 연구해 왔습니다. 이 방법은 일부 유형의 박테리아에는 효과적이지만, 자연 환경 밖에서는 키우기 어렵거나 불가능한 많은 다른 박테리아에는 적용되지 않습니다. 그 결과, 우리의 미생물 세계에 대한 이해는 접시 안에서 잘 번식하는 소수의 종에 치우치게 되었으며, 나머지 종들에 대해서는 방대한 지식의 공백을 남겼습니다. 이러한 공백을 메우기 위해, 연구자들은 이제 메타게노믹스(metagenomics)라고 불리는 기술을 사용하는데, 이는 생명체를 먼저 배양할 필요 없이 환경 샘មាន으로부터 직접 유전 물질을 읽어내는 방식입니다. 이 유전적 파편들을 하나로 모음으로써, 연구자들은 이전에 본 적 없는 박테리아의 전체 게놈을 재구성할 수 있습니다. 이 접근법은 박테리아가 외부 세계에서 병원으로 이동하는 것과 같이 서로 다른 환경 사이를 어떻게 이동하는지 추적하고, 공중 보건의 증가하는 위협인 항생제 내성을 획득하는 방식을 이해하는 데 특히 중요합니다.
한 연구팀은 이 미생물 세계의 구체적이고 간과된 영역, 즉 전 세계 도시의 대중교통 시스템을 탐구하기 위해 나섰습니다. 병원이 위험한 박테리아의 저장소로 잘 알려져 있지만, 동일한 유기체들이 지하철, 버스, 기차에도 숨어 있는지, 만약 그렇다면 이들이 이러한 공공장소와 의료 시설 사이를 이동하고 있는지는 불명확했습니다. 과학자들은 뉴욕, 런던, 도쿄와 같은 주요 허브를 포함하여 19개국 128개 도시를 아우르는 15개의 서로 다른 프로젝트에서 얻은 유전 데이터를 분석했습니다. 이 샘лев들로부터 연구진은 메타게놈 조립 게놈(metagenome-assembled genomes)이라 불리는 839개의 부분 게놈을 재구성했는데, 이는 이 교통 시스템에 서식하는 박테리아의 유전적 청사진을 나타냅니다. 연구진은 '아시네토박터(Acinetobacter)'라는 속(genus)에 속하는 20종 이상의 박테리아가 포함된 이 고품질 게놈 269개를 대상으로 정밀 분석을 수행했습니다. Acinetobacter baumannii라는 한 종은 병원 감염을 일으키는 것으로 유명하지만, 연구진은 대중교통 시스템이 A. nosocomialis, A. ursingii, A. radioresistens, A. schindleri, A. variabilis와 같이 덜 연구된 다섯 가지 다른 종들에 의해 지배되고 있음을 발견했습니다.
이 연구는 대중교통에 있는 이 박테리아들이 단순히 무작위로 방문한 것이 아니라, 이전에 숨겨져 있던 풍부한 다양성을 나타낸다는 것을 보여주었습니다. 연구진이 지하철에서 발견된 박테리아와 병원에서 발견된 박테리아의 유전적 구성을 비교했을 때, 지하철 박테리아가 상당한 양의 새로운 유전적 다양성을 추가한다는 것을 발견했습니다. A. variabilis를 포함한 일부 종의 경우, 이러한 교통 기반 게놈을 포함함으로써 알려진 유전적 다양성이 90% 이상 증가했습니다. 더욱이, 이 박테리아들은 실험실에서 배양된 동일 종의 버전에서는 본 적이 없는 수천 개의 유전자를 보유하고 있었습니다. 이는 과학자들이 접시에서 키울 수 있는 박테리아에만 의존함으로써, 이 유기체들이 보유한 유전적 도구 상치의 상당 부분을 놓치고 있었음을 시사합니다. 분석 결과, 연구된 다섯 종 중 네 종의 경우 대중교통에서 발견된 박테aria는 병원에서 발견된 것과 유전적으로 거의 동일했으며, 두 환경 사이에 명확한 유전적 구분은 없었습니다. 이는 이 박테리아들이 승객과 직원에 의해 실려 이동하며 도시의 교통 체계와 의료 시설 사이를 자유롭게 이동하고 있음을 나타냅니다.
연구진은 단순히 박테리아가 어디에서 왔는지를 추적하는 것을 넘어, 이 유기체들이 어떤 종류의 항생제 내성 유전자를 보유하고 있는지 조사했습니다. 그들은 대중교통 내 박테리아가 설파제(sulfa drugs)와 아미노글리코사이드(aminoglycosides)에 대한 저항력을 갖게 하는 강력한 약물에 내성을 부여하는 유전자를 보유하고 있음을 발견했습니다. 그러나 이 연구는 과학자들이 일반적으로 이러한 내성 유전자를 찾는 방식의 한계를 강조했습니다. 연구진이 재구성된 게놈만을 살펴보았을 때, 전체 환경 샘플을 스캔한 후 결과를 알려진 박테리아 게놈과 대조하는 다른 방법을 사용했을 때보다 훨씬 적은 수의 내성 유전자가 발견되었습니다. 이 대안적인 접근법은 어떤 경우에는 최대 7배 더 많은 내성 유전자를 밝혀냈습니다. 이러한 결과는 재구성된 게놈이 박테리아의 진화적 역사와 다양성을 이해하는 데는 탁격하지만, 항생제 내성 위협의 전체 범위를 과소평가할 수 있음을 시사합니다. 일부 종의 경우 교통 박테리아의 내성 프로필은 병원의 것과 구별할 수 없었으나, 다른 종에서는 명확한 차이가 있었습니다. 궁극적으로, 이 연구는 대중교통 시스템이 박테리아의 다양성과 전파의 활발한 허브임을 입증하며, 새로운 유전적 재구성 방법과 전통적인 분석을 결합하는 것이 이 보이지 않는 승객들이 인간 건강에 가하는 위험에 대한 완전한 그림을 얻는 데 필수적임을 보여줍니다.
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