Emergence and genomic characterization of a carbapenem- and colistin-resistant Enterobacter chengduensis isolate carrying blaNDM-1 in Northeast China

우리 몸속의 미세한 세계를 북적이고 붐비는 도시라고 상상해 보십시오. 이 도시에는 장이나 폐와 같은 동네에 사는 다양한 종류의 박테리아들이 살고 있습니다. 대부분의 경우, 이 박테리아들은 해롭지 않은 룸메이트입니다. 하지만 때때로 몇몇은 말썽꾸러기가 되어 치료하기 어려운 감염을 일으키기도 합니다. 수십 년 동안 의사들은 다른 약들이 실패했을 때 사용하는 강력한 항생제 종류인 카바페넴이라는 이름의 '슈퍼 무기'를 무기고에 보유해 왔습니다. 하지만 체스 게임에서처럼, 박테리아들도 이러한 움직임에 대응하는 법을 배우고 있습니다. 그들은 이 약물들을 가볍게 무시할 수 있는 '슈퍼박테리아'로 진화하고 있습니다. 더욱 걱정스러운 점은, 일부 슈퍼박테리아가 의사들에게 최후의 보루인 콜리스틴이라는 두 번째 방어선을 무시하는 법을 배우고 있다는 것입니다. 박테리아가 이 두 가지 모두에 내성을 갖게 되면, 이는 마치 도시의 모든 자물쇠를 부술 방법을 찾아낸 범죄자가 되어 경찰에게 열쇠가 하나도 남지 않게 된 것과 같습니다. 이것이 바로 과학자들이 지도를 그리려 노력 중인 위험한 영역입니다. 즉, 이 박테리아들이 정확히 어떻게 변하고 있는지, 어디에 숨어 있는지, 그리고 살아남기 위해 어떤 도구들을 사용하는지를 알아내는 것입니다.

이 연구에서 북동부 중국의 한 병원 연구진은 해당 지역에서는 이전에 본 적 없는 새로운 종류의 박테리아 말썽꾸러기를 발견했습니다. 그들은 환자의 호흡기에서 '엔테로박터 첸두엔시스(Enterobacter chengduensis)'(편의상 "첸두"라고 부르겠습니다)라는 박테리아 균주를 발견했습니다. 이 종은 2015년에 처음 확인되었지만, 더 유명한 친척들에 비하면 여전히 다소 미스터리한 존재입니다. 연구팀은 전장 유전체 분석(whole-genome sequencing)이라는 첨단 현미경 기술을 사용하여 박테리아의 전체 설명서(DNA)를 읽었습니다. 그들은 이 특정 첸두 박테리아가 'blaNDM-1'이라는 위험한 무기를 가진 "슈퍼 스파이"라는 것을 발견했습니다. 이 유전자는 카바페넴 항생제를 잘라내고 파괴할 수 있는 분자 가위 역할을 합니다. 더욱 놀라운 점은, 이 박테리아가 최후의 수단인 약물인 콜리스틴에도 내성을 가지고 있었는데, 연구진은 보통 그런 내성을 일으키는 일반적인 "자물쇠 따기" 유전자들을 찾지 못했다는 것입니다.

과학자들은 이 특정 박테리아가 ST414라는 가족 그룹에 속한다는 것을 확인했습니다. 이 박테리아의 DNA를 전 세계의 다른 박테리아들과 비교했을 때, 중국의 다른 지역에서 발견된 균주들과 밀접한 관련이 있음을 발견했으며, 이는 이 박테리아가 국지적으로 이동하거나 진화했음을 시사합니다. 이 박테리아는 위장술의 달인이어서, 위장 질환이나 통증 완화제에 사용되는 약물을 포함하여 다양한 항생제에 저항하는 데 도움을 주는 15가지 서로 다른 유전자를 보유하고 있었습니다. 그러나 이 박테리아가 무적이었던 것은 아닙니다. 연구진은 새로운 세대의 약물들을 테스트했고, 이 박테리아가 세피데로콜(cefiderocol)과 아즈트레오남-아비박탐(aztreonam and avibactam) 조합을 포함한 몇몇 특정 약물에는 여전히 취약하다는 것을 발견했습니다. 또한 아미카신(amikacin)과 티게사이클린(tigecycline)에도 여전히 민감했습니다.

이 이야기에서 가장 흥거로운 부분 중 하나는 박테리아가 어떻게 콜리스틴에 내성을 갖게 되었는가 하는 점입니다. 보통 박테리아는 콜리스틴에 대한 방패 역할을 하는 특정 유전자(예: mcr)를 가지고 있습니다. 하지만 과학자들이 첸두 박테리아의 DNA를 조사했을 때, 그 방패는 없었습니다. 또한 다른 유형의 내성에 대한 일반적인 용의자들도 확인했지만 아무것도 발견하지 못했습니다. 이는 박테리아가 비밀스럽고 숨겨진 기술, 즉 아마도 자신의 내부 기계를 제어하는 방식의 변화를 사용하는 것일 수도 있다는 점을 시사하며, 과학자들은 아직 이를 완전히 파악하지 못했습니다. 그들은 위험한 blaNDM-1 유전자가 플라스미드라고 불리는 작은 원형 DNA 조각 위에 올라타 있다고 의심하는데, 이는 박테리아들이 서로의 "슈퍼 파워"를 공유하기 위해 교환할 수 있는 USB 드라이브와 같습니다. 다만, DNA가 너무 반복적이고 복잡했기 때문에 과학자들은 그 USB 드라이브 전체를 아직 명확하게 볼 수는 없었으며, 단지 위험한 파일이 그곳에 있다는 것만 알 수 있었습니다.

연구는 이 박테리아가 강력한 상대이긴 하지만, 아직 전쟁에서 승리한 것은 아니라고 결론짓습니다. 이 박테리아는 여전히 몇 가지 핵심 약물에 반응하므로, 의사들에게 싸울 기회를 제공합니다. 연구진은 이 박테리아가 인간과 환경 모두에서 발견될 수 있기 때문에, 우리가 완전히 이해하지 못한 방식으로 퍼져나갈 수 있다고 경고합니다. 그들은 이들이 더 큰 문제가 되는 것을 막기 위해 병원과 환경에서 이 박테리아들을 매우 면밀히 관찰해야 한다고 제안합니다. 이 발견은 미세한 도시들이 어떻게 진화하고 있는지에 대한 우리의 이해에 새로운 장을 더하며, 슈퍼박테리아와의 싸움이 과학과 자연 사이의 지속적인 경주임을 상기시켜 줍니다.