Genomic Characterisation of Poultry-Derived Enterococci in the Czech Republic: Insight into Virulence and Antimicrobial Resistance

장내의 숨겨한 세계에는 엔테로코커스(enterococci)라고 불리는 아주 작은 박테리아들이 인간 및 동물과 함께 살아가고 있습니다. 이들은 보통 위험한 침입자가 아닙니다. 이들은 토양, 물, 음식에서도 발견되는 소화계의 흔한 거주자입니다. 하지만 이들은 항생제의 공격에서 살아남는 법을 배우는 데 매우 뛰어나기 때문에 의학계에서 악명 높은 평판을 가지고 있습니다. 이 박테리아들이 약물에 저항하는 능력을 습득하면 치료가 어려워져, 동물과 인간 모두의 건강에 위험을 초래합니다. 과학자들은 농장이 이러한 박테리아가 번성하는 곳이라는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 이 특정 균주들이 무엇을 보유하고 있는지—즉, 생존을 위한 유전적 설계도와 질병을 일으키는 능력—에 대한 전체적인 그림은 많은 지역에서 여전히 불분명한 상태로 남아 있었습니다. 이 박테리아들이 정확히 어떤 유전자를 보유하고 있는지 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 그것이 이 박테리아들이 농장에서 더 넓은 환경으로 저항성을 어떻게 퍼뜨릴 수 있는지를 밝혀주기 때문입니다.

최근 체코의 한 연구팀은 이 박테리아들이 무엇을 가지고 있는지 살펴보기 위해 이들을 면밀히 조사했습니다. 연구진은 12개 농장의 닭들로부터 샘플을 수집하였으며, 부화한 지 하루 된 병아리, 더 자란 가금류, 심지어 축사 자체에서도 스왑(swab)을 채취했습니다. 총 47개의 서로 다른 엔테로코커스 샘플을 수집했습니다. 연구진은 단순히 시험관 안에서 박테리아가 항생제에 어떻게 반응하는지를 보는 대신, 각 샘플의 전체 유전적 지침서인 '전체 게놈 서열 분석(whole-genome sequencing)'을 통해 코드를 해독했습니다. 이 과정은 박테리아가 가진 모든 유전자를 볼 수 있게 해주었으며, 여기에는 약물에 저항하는 특정 지침뿐만 아니라 조직에 달라붙거나 보호층을 형성하는 데 사용하는 도구들도 포함되었습니다.

연구 결과, 박테리아의 다양한 공동체가 드러났습니다. 대부분의 샘플은 Enterococcus faecalis라는 종에 속했지만, 연구팀은 Enterococcus faecium, Enterococcus gallinarum, 그리고 Enterococcus cecorum도 발견했습니다. 연구진이 이 박테리아들의 유전적 가계도를 그려본 결과, '시퀀스 타입(sequence types)'이라고 불리는 19가지의 서로 다른 유형을 찾아냈습니다. 이 중 세 가지 유형은 이전에 본 적이 없는 새로운 유형으로, 전 세계 박테리아 유전체 데이터베이스에 추가되었습니다. 이러한 발견은 체코 가금류 내의 박테리아 집단이 끊임없이 진화하고 있으며, 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 다양하다는 것을 시사합니다. 또한 연구진은 일부 새로운 유형들이 독특한 유전자 조합을 보유하고 있다는 것을 발견했는데, 이는 이 농장들이 새로운 유전적 계보를 만들어내는 배양지가 될 수 있음을 암시합니다.

가장 중요한 발견은 의약품에 대한 박테리아의 저항 능력이었습니다. 연구진은 박테리아가 동물과 사람 모두의 감염 치료에 사용되는 일반적인 항생제들에 대항하여 자신을 보호하는 광범위한 유전자를 보유하고 있다는 것을 발견했습니다. 가장 흔한 저항성은 테트라사이클린(tetracyclines), 마크로라이드(macrolides), 린코사마이드(lincosamides) 계열에 대한 것이었습니다. 많은 경우, 단 하나의 박테리아가 동시에 여러 종류의 약물 계열에 저항하는 지침을 가지고 있었습니다. 이를 '다제내성(multidrug resistance)'이라고 합니다. 연구는 E. faecalis 분리주들이 이러한 저항성 유전자를 가장 많이 탑재하고 있음을 보여주었으며, 일부는 무려 9가지의 서로 다른 저항성 지침을 가지고 있었습니다. 이는 가금류가 이러한 위험한 유전적 특성을 간직하는 저장소 역할을 할 수 있음을 확인해 줍니다.

저항성 외에도 연구팀은 박테리아를 위험하게 만드는 유전자, 즉 '독성 인자(virulence factors)'를 조사했습니다. 이것들은 박테리아가 숙주에 달라붙거나, 바이오필름(biofilm)이라 불리는 보호 공동체를 형성하거나, 면역 체계를 피하는 데 사용하는 도구들입니다. E. faecalis 박테리아는 다수의 독성 유전자를 보유하고 있는 것으로 나타났습니다. 많은 박테리아가 표면에 달라붙어 생존하고 세척에 저항하는 데 도움을 주는 끈적한 층인 바이오필름을 구축하는 지침을 가지고 있었습니다. 또한 이들은 서로를 감지하고 행동을 조절하는 시스템인 '쿼럼 센싱(quorum sensing)' 유전자를 가지고 있었는데, 이는 감염을 확립하는 데 도움을 주는 체계입니다. 가장 강력한 독성을 가진 균주들은 24개에서 35개의 서로 다른 독성 유전자를 보유하고 있었으며, 이는 이들이 취약한 숙주에게 이동할 경우 질병을 일으킬 준비가 충분히 되어 있음을 시사합니다.

한 가지 구체적인 발견은 안도감을 주는 대목이었습니다. 연구진은 심각한 감염에 마지막 수단으로 자주 사용되는 강력한 항생제인 반코마이신(vancomycin)에 대한 저항성을 부여하는 유전자를 조사했습니다. 그들은 반코마이신을 무용지물로 만드는 고수준 저항성 유전자의 증거를 발견하지 못했습니다. 발견된 유일한 반코-마이신 저항성은 E. gallinarum 샘플에서 나타났는데, 이는 해당 종에 내재되어 있어 다른 박테리아로 쉽게 퍼질 수 없는 자연적인 저수준 저항성입니다. 이는 수십 년 전 특정 성장 촉진 항생제를 금지한 이후, 가금류 내에서 고도의 저항성을 가진 박테리아의 존재를 성공적으로 줄여온 유럽의 전반적인 추세와 일치합니다.

이 연구는 체코의 닭들이 현재 가장 위험한 고수준 약물 저항성 균주를 보유하고 있지는 않지만, 여전히 문제를 일으킬 잠재력이 있는 박테리아의 중요한 원천이라는 결론을 내립니다. 발견된 박테리아들은 다양하며, 많은 저항성 유전자를 가지고 있고, 감염을 일으킬 수 있는 도구들을 갖추고 있습니다. 새로운 유전적 유형의 존재와 높은 수의 저항성 유전자는 이 농장들이 박테리아가 끊임없이 적응하고 있는 활발한 환경임을 시사합니다. 연구진은 이것이 박테리아가 공중 보건에 더 큰 문제가 되는 것을 방지하기 위해 농장에서의 지속적인 모니터링과 항생제의 신중한 사용이 필요함을 강조합니다.