Burial-associated microbial communities in Early Modern human remains: evidence for postmortem ecological restructuring revealed by 16S rRNA sequencing
본 연구는 체코 공화국에서 발견된 근대 초기 인류 유해의 16S rRNA 시퀀싱을 활용하여, 매장 관련 미생물 군집이 생전 미생물군이나 주변 토양의 단순한 반영이 아니라 사후 천이 및 국지적 환경 여과에 의해 형성되는 역동적인 생태계임을 입증한다.
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사람이 매장될 때, 그 시신은 단순히 땅속에 가만히 누워 있는 것이 아니다. 그것은 하나의 새로운 경관, 즉 한때 그 사람의 내부에 살았던 미생물들이 주변의 토양, 공기, 그리고 습기와 상호작용하기 시작하는 일시적인 생태계가 된다. 수 세기 동안 과학자들은 과거의 건강 상태와 식단을 이해하기 위해 고대의 뼈와 치아에서 생전에 입과 장 속에 살았던 박테리아의 흔적을 찾아왔다. 그러나 주요한 과제는 항상 원래의 인간 미생물과 시간이 흐르며 무덤 속으로 흘러 들어온 수많은 박테리아를 분리해내는 것이었다. 토양 자체는 생명으로 가득 차 있으며, 골격에서 발견된 미생물이 사람으로부터 온 것인지 아니면 단순히 흙에서 흘러 들어온 것인지 구별하는 것은 종종 매우 어렵다. 이러한 구분을 이해하는 것은 우리가 읽어내고 있는 것이 한 개인의 생물학적 기록인지, 아니면 단지 그가 묻힌 땅의 스냅샷인지를 결정하기 때문에 매우 중요하다.
체코 공화국의 한 연구팀은 단순히 특정 고대 DNA 파편을 찾는 대신, 박테리아 전체 군집을 조사함으로써 이 문제를 해결하기로 했다. 그들은 17세기와 18세기로 거슬러 올라가는 보헤미아의 두 가지 서로 다른 매장지를 연구했다. 한 곳은 호스티비체(Hostivice)의 농촌 공동묘지였고, 다른 한 곳은 전염병으로 사망한 군인들이 묻혀 있을 것으로 추정되는 세모니체(Semonice) 근처의 특이한 묘지였다. 연구팀은 치아와 해골의 복강 내부에 쌓인 토양을 수집했다. 인간의 유해와 주변 흙을 구별할 수 있도록, 그들은 매장되지 않은 인근 지역의 토양 샘플도 수집했으며, 별도의 동물 무덤에서 발견된 소의 뼈도 포함했다. 또한, 그들은 토양과 치아 샘플의 일부를 채취하여 실험실 접시에서 박테리아를 배양해 봄으로써, 어떤 박테리아가 무덤에서 배양 접시로 옮겨지는 과정에서 살아남을 수 있는지 확인했다.
연구진은 박테리아의 유전 코드를 읽는 현대적인 기술을 사용하여 어떤 유형이 존재하는지 식별했다. 그들이 발견한 것은 이 수 세기 된 무덤 내부의 미생물 세계가 단순하고 균일한 흙의 층보다 훨씬 더 혼란스럽고 다양하다는 것이었다. 무덤에서 발견된 박테리아는 인근 대조군 토양의 박테리아와 정확히 일치하지 않았으며, 살아있는 사람의 몸속에 있었을 박테리아와도 정확히 일치하지 않았다. 대신, 무덤 속의 군집은 두 가지 모두의 혼합물이었으며, 각 매장지의 특정 조건에 의해 크게 형성되었다. 호스티비체의 토양은 세모니체의 토양과는 다른 박테리아 군집을 보유하고 있었는데, 이는 국소적인 환경이 샘플이 채취된 신체 부위보다 고대 군집을 형성하는 데 훨씬 더 큰 역할을 했음을 시사한다. 실제로 연구진은 박테리아의 유형만 보고는 동일한 골격의 배 속 토양 샘플과 치아 샘플을 구별하는 것이 종종 불가능하다는 것을 발견했다.
가장 놀라운 발견 중 하나는 이러한 고대 군집 중 일부가 단 한두 종류의 박테리아에 의해 지배된다는 점이었다. 몇몇 사례에서는 단 한 종류의 미생물이 발견된 샘플의 거의 모든 박테리아를 차지하며 매우 불균형한 생태계를 형성했다. 이는 사후에 신체가 생태적 재구조화 과정을 거치며, 특정 강인한 박테리아가 우점하는 동안 다른 박테리아들은 사멸한다는 것을 시사한다. 연구팀은 인간의 피부에서 흔히 발견되는 *스타필로코쿠스(Staphylococcus)*라는 유형의 박테리아가 많은 매장 샘플에서 매우 풍부하다는 점에 주목했다. 이 박테리아는 보통 살아있는 사람의 마이크로바이옴에서 부수적인 부분이지만, 변화하는 환경에서도 살아남을 수 있을 만큼 강인하기 때문에 무덤 속에서 번성하는 것처럼 보였다. 반면, 에스케리키아(Escherichia) 속과 같은 인간의 장에서 전형적으로 발견되는 많은 박테리아는 복부 퇴적물에서 거의 완전히 사라졌다. 이는 장내 박테리아가 수 세기에 걸친 매장의 긴 여정을 견디지 못했음을 나타내며, 피부 박테리아와 일부 환경 유형은 지속될 수 있었음을 보여준다.
이 연구는 이러한 고대 박테리아를 실험실에서 배양하려는 시도의 한계를 강조했다. 연구진이 토양과 치아로부터 미생물을 배양하려고 했을 때, 유전자 시퀀싱에서 본 결과와는 매우 다른 결과가 나왔다. 실험실에서 자라난 박테리아는 과학자들이 제공한 먹이와 온도에 적합했던 아주 선택적인 소수 그룹이었으며, 원래 군집의 대다수는 휴면 상태이거나 죽어 있었다. 이는 박테리아를 접시에서 키우는 것이 실제 무덤에 무엇이 살고 있었는지를 이해하는 데 신뢰할 수 있는 방법이 아님을 확인시켜 주었는데, 왜냐하면 그것은 이야기의 대부분을 놓치기 때문이다. 그러나 유전 데이터는 더 명확한 그림을 보여주었다. 무덤 속의 군집은 시간에 의해 여과된 역동적인 시스템이었다. 주변 땅에서 가장 흔한 토양 박테리아가 인간 관련 박테리아의 신호를 가려버려, 무덤을 실제보다 더 토양처럼 보이게 만들었다. 연구진이 분석에서 흔한 토양 박테리아를 수학적으로 제거했을 때, 인간 관련 신호가 훨씬 더 명확해졌으며, 원래의 마이크로바이옴의 흔적이 실제로 생존해 있었음이 드러났다.
궁극적으로, 이 연구는 고대의 뼈에서 발견되는 미생물이 한 개인의 삶에 대한 완벽한 보존물도, 그렇다고 단순히 흙으로부터 온 무작위적인 오염물도 아니라는 점을 시사한다. 그것들은 사람의 원래 미생물, 지역 토양, 그리고 수백 년 동안 지속된 특정 매장 조건의 상호작용에 의해 형성된 독특한 혼합물이다. 이 연구는 원래의 장내 박테리아는 종종 사라지지만, 피부와 환경에서 유래한 특정 강인한 박테리아는 수 세기 동안 지속되어 주변 땅과는 다른 뚜렷한 특징을 만들어낼 수 있음을 보여준다. 이러한 발견은 과학자들이 고대 유해를 바라보는 방식을 변화시키며, 매장의 이야기가 단지 사망한 사람에 관한 것뿐만 아니라, 시신이 안치된 후 훨씬 오랫동안 무덤 속에서 펼쳐진 복잡한 생태적 드라마에 관한 것임을 시사한다. 이러한 패턴을 이해함으로써, 연구자들은 인간의 신호와 지구의 소음(noise)을 더 잘 분리하여 과거를 향한 더 정확한 창을 열 수 있다.
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