Assay sensitivity and the interpretation of culture-based disc microbiology studies: a scoping review

만성 요통은 인류가 보편적으로 겪는 경험으로, 삶과 움직임을 앗아갈 수 있는 무겁고 지속적인 통증이다. 특정 환자군의 경우, 의사들은 MRI 스캔에서 척추와 디스크가 만나는 뼈 부위에 작은 염증이나 지방이 나타나는 '모딕 변화(Modic changes)'라는 단서를 발견할 수 있다. 수년간 연구자들은 이러한 변화가 단순히 노화나 마모 때문이 아니라, 척추 깊숙한 곳에 숨어 있는 조용하고 낮은 수준의 세균 감염에 의해 발생한 것이 아닌지 의문을 제기해 왔다. 가장 유력한 용의자는 Cutibacterium acnes라는 박테리아로, 이는 보통 인간의 피부에 무해하게 서식하지만 때때로 몸속 깊은 곳으로 침투하여 문제를 일으킬 수 있는 균이다. 만약 이 이론이 사실이라면, 치료법은 항생제 처방만큼 간단할 수 있다. 하지만 박테리아가 존재하지 않거나, 이를 찾아내는 검사법에 결함이 있다면, 환자들은 불필요한 치료를 받거나 혹은 제대로 된 도움을 받지 못한 채 방치될 수 있다. 핵심적인 질문에 답하기 어려웠던 이유는, 만약 박테리아가 존재하더라도 그 수가 매우 적고 단단한 척추 조직 속에 드문드문 흩어져 있을 가능성이 높기 때문이다.

여러 기관(Persica Pharmaceuticals 및 록펠러 대학교 포함)의 연구진이 주도한 새로운 과학 문헌 검토 결과에 따르면, 이 감염을 둘러싼 혼란은 증거의 부족이 아니라 과학자들이 이를 찾는 방식의 일관성 결여에서 기인한다. 연구팀은 인체 디스크 조직에서 박테리아를 배양하려고 시도한 수십 개의 연구를 조사했다. 그들은 샘플을 테스트하는 데 사용된 방법들이 매우 다양하며, 많은 연구가 자신들의 테스트가 얼마나 민감한지를 알 수 있는 구체적인 세부 사항을 보고하는 데 실패했다는 것을 발견했다. 간단히 말해, 어떤 연구자들은 아주 작은 조직 조각을 사용하여 그런 방식으로는 소수의 박테리아를 놓칠 가능성이 높은 방식으로 처리한 반면, 다른 이들은 더 큰 샘플을 사용하고 더 세심한 기술을 사용했다. 박테리아의 밀도가 매우 낮을 것으로 예상되기 때문에, 이러한 방법론적 차이는 사소한 문제가 아니라, 감염을 찾아내느냐 아니면 샘플이 무균 상태라고 선언하느냐를 결정짓는 결정적인 요소가 된다.

연구진은 이 연구들에 사용된 방법들을 지도화하였고, 그 과정에서 기술적 기법들이 혼란스럽게 널려 있음을 발견했다. 어떤 연구는 무게가 몇 밀리그램에 불가한 아주 작은 조직 샘플을 사용한 반면, 어떤 연구는 거의 1그램에 달하는 샘히 큰 샘플을 사용했다. 어떤 연구자들은 조직을 잘게 잘라 커다란 액체 속에 섞어 박테리아를 희석시킨 반면, 다른 이들은 액체의 양을 작게 유지했다. 어떤 연구는 단 2~3일 동안만 박테리아를 관찰한 반면, 느리게 성장하는 박테리아는 일주일 이상이 필요할 수도 있다. 이번 검토는 해당 테스트가 이론적으로 검출할 수 있는 가장 낮은 박테리아 수를 계산할 수 있는 충분한 정보를 제공한 연구가 극히 일부에 불과하다는 점을 강조했다. 이 수치가 없다면, "박테리아를 찾지 못했다"라고 말하는 음성 결과(negative result)는 조직이 깨끗하다는 증거로서 신뢰받을 수 없다. 그것은 단지 테스트가 그곳에 있는 소수의 박테리아를 포착할 만큼 충분히 민감하지 않았음을 의미할 수도 있기 때문이다.

가장 눈에 띄는 발견 중 하나는 이러한 방법론적 차이가 연구의 결과를 어떻게 바꿀 수 있는지였다. 저자들은 큰 조직 샘플을 사용하고, 철저히 혼합하며, 긴 배양 기간을 두는 고감도 프로토콜을, 작은 샘플을 사용하고 큰 희석을 거치는 저감도 프로토콜과 비교했다. 수학적 계산 결과, 저감도 방식은 저수준의 감염을 탐지할 확률이 고감도 방식보다 약 80배 낮았다. 만약 어떤 연구가 덜 민감한 방법을 사용했다면, 더 나은 방법을 사용하는 연구가 잡아낼 수 있는 대다수의 감염을 놓쳤을 것이다. 이는 왜 어떤 연구에서는 대부분의 환자에게서 박테리아가 발견된다고 보고하는 반면, 다른 연구에서는 전혀 발견되지 않는다고 보고하는지를 설명하는 데 도움이 된다. 박테리아는 두 경우 모두 존재했을 수 있지만, 사용된 도구가 덜 민감한 연구에서는 너무 둔탁하여, 실제 감염인지 아니면 단순히 탐지에 실패한 것인지를 구분할 수 없었던 것이다.

또한 연구진은 많은 연구가 환자가 수술 전에 항생제를 투여받았는지 여부를 명확히 보고하지 않았다는 점을 지적했다. 이러한 약물들은 수술 중 감염을 예방하기 위해 흔히 처방되지만, 연구자들이 찾고자 하는 바로 그 박테리아를 죽일 수도 있다. 만약 환자가 의심되는 균에 효과적인 특정 항생제를 투여받았고, 조직이 수술 직후에 채취되었다면, 박테리아는 죽었거나 배양하기에 너무 약해져서 연구자들이 조직이 무균 상태라고 잘못 결론 내릴 수 있다. 저자들은 세파졸린(cefazolin)이라는 흔한 항생제가 디스크 조직 깊숙이 침투할 수 있으며, 이는 박테리아가 존재하더라도 성장을 억제할 수 있다고 언급했다. 많은 연구가 이 변수를 추적하지 않았기 때문에, 이러한 약물의 사용이 결과에 얼마나 영향을 미쳤는지 알 수 없는 상태로 남아 있다.

아마도 가장 중요한 문제는 연구자들이 무엇을 감염으로 간주하고 무엇을 오염으로 간주할지 결정하는 방식이었을 것이다. 박테리아가 적은 환경에서는 페트리 접시에서 소수의 군락(colony)을 발견하는 것이 모호하다. 어떤 연구는 적은 수의 박테리아를 피부나 환경으로부터의 오염으로 자동 분류해 버린 반면, 다른 연구들은 이를 감염의 징후로 취급했다. 검토 결과, 이러한 결정은 질병을 일으키는 데 필요한 박테리아 수에 대한 검증된 이해보다는 임의적인 기준치에 근거하는 경우가 많았다. 명확하고 표준화된 규칙이 없다면, 동일한 결과가 한 연구에서는 질병으로, 다른 연구에서는 실수로 분류될 수 있다. 저자들은 이 분야가 이러한 추측에 기반한 임계값에서 벗어나, 박테리아를 정확히 세고 그 검출 한계를 보고할 수 있는 정량적 방법으로 나아가야 한다고 주장한다.

저자들은 현재의 연구 체계가 만성 요통에서 박테리아의 역할에 대해 확고한 결론을 내리기에는 너무 일관성이 없다고 결론지었다. 샘플을 수집, 처리, 분석하는 방식의 차이는 연구들을 직접 비교하거나 음성 결과가 무균 상태에 대한 결정적 증거라는 점을 신뢰하는 것을 불가능하게 만든다. 그들은 향후 연구가 더 엄격해야 하며, 과학자들이 얼마나 많은 조직을 사용했는지, 어떻게 처리했는지, 결과를 기다리는 데 얼마나 걸렸는지, 그리고 자신들의 테스트가 가진 최저 검출 한계가 무엇인지를 정확히 보고할 것을 요구해야 한다고 제안한다. 이러한 표준이 채택되지 않는 한, 조용한 박테리아 감염이 만성 요통을 유발하는지에 대한 질문은 방법론적 불확실성 속에 가려진 채로 남을 것이다. 앞으로 나아갈 길은 서로 다른 방법론을 가진 더 많은 연구가 아니라, 어둠 속에 숨어 있는 것을 마침내 볼 수 있는, 더 잘 설계된 소수의 연구에 달려 있다.