A project-selection audit of public urinary-source Escherichia coli genomes from China distinguishes purpose-enriched NDM and mcr signals from CTX-M recurrence across projects
본 연구는 중국의 공공 소변 유래 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli) 게놈을 감사하여, 프로젝트 수준의 선택 편향이 특정 연구들에 희귀한 NDM 및 mcr 저항성 신호를 집중시키는 반면 CTX-M 재발은 광범위하게 분포되어 있음을 입증함으로써, 이질적인 게놈 아카이브를 정확하게 해석하기 위한 소스 연구 감사의 필요성을 강조한다.
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박테리아는 끊임없이 진화하고 있으며, 그들이 구사하는 가장 위험한 기술 중 하나는 우리가 박테리아를 죽이기 위해 사용하는 약제에 살아남는 법을 배우는 것입니다. Escherichia coli(대장균)와 같은 박테리아가 항생제에 내성을 갖게 되면, 요로 감염과 같은 흔한 감염을 생명을 위협하는 상태로 바꿀 수 있습니다. 이 위협을 추적하기 위해 전 세계 과학자들은 이 박테리아들의 유전 코드를 해독하여 그 결과를 거대한 공공 저장소에 보관해 왔습니다. 이 저장소를 박테리아의 설계도가 담긴 거대한 도서관이라고 생각해보십시오. 연구자들은 이곳에서 서로 다른 장소와 시간대의 감염에 대한 유전적 역사를 찾아볼 수 있습니다. 하지만 어떤 도서관과 마찬가지로, 이 수집물도 존재하는 모든 것을 완벽하게 무작위로 추출한 표본은 아닙니다. 어떤 책들은 희귀하고 흥미롭기 때문에 그곳에 있는 것이고, 또 어떤 책들은 전형적인 일상을 나타내기 때문에 그곳에 있는 것입니다. 만약 연구자가 희귀한 책들만 본다면, 세상이 괴물들로 가득 차 있다고 생각할 수도 있지만, 실제로는 대부분의 도서관이 평범한 이야기들로 채워져 있습니다. 특이하고 특별한 사례와 흔하고 반복되는 패턴 사이의 차이를 이해하는 것은 특정 유형의 박테리아가 실제로 얼마나 위험한지 아는 데 필수적입니다.
닝보 의료 센터 리후이 병원(Ningbo Medical Center Lihuili Hospital)의 연구팀은 중국의 E. coli 게놈 공공 도서관을 자세히 살펴보고 이 컬렉션이 어떻게 구성되었는지 확인하기로 했습니다. 그들은 흔한 감염원인 소변 샘플에서 유래한 512개의 박테리아 게놈을 수집했습니다. 그들은 단순히 특정 내성 유전자를 가진 박테리아의 수를 세는 대신, 먼저 각 데이터 배치의 뒤에 숨겨진 "이야기"를 조사했습니다. 그들은 단순하지만 매우 중요한 질문을 던졌습니다. 왜 이 특정 박테리아 그룹이 시퀀싱 대상으로 선택되었는가? 연구자들이 일반적인 환자 샘플을 찾으려 했던 것인가, 아니면 강력한 약물에 이미 내성을 보인 박테리아를 특별히 사냥하려 했던 것인가? 각 그룹에 대한 원래의 연구 논문과 프로젝트 기록을 추적함으로써, 그들은 이 도서관이 심하게 편향되어 있다는 것을 발견했습니다. 컬렉션에 포함된 박테리아의 거의 70%가 내성 균주를 찾는 것을 목적으로 설계된 연구들로부터 왔습니다. 이것들은 인구 집단의 무작위 스냅샷이 아니라, 가장 강한 벌레들을 겨냥한 표적 탐색이었습니다.
이러한 구분은 저항성의 진정한 모습을 밝혀내는 핵심이 되었습니다. 연구진은 가장 위험한 내성 유전자, 즉 카바페넴(최후의 수단으로 쓰이는 항생제 계열)과 콜리스틴(또 다른 강력한 약물)에 박테리아가 살아남게 하는 유전자가 이러한 표적 연구들에 거의 전적으로 집중되어 있다는 것을 발견했습니다. 컬렉션 내에서 카바페넴 내성 유전자를 가진 모든 박테리아는 명시적으로 그러한 내성을 찾고자 했던 프로젝트에서 유래했습니다. 마찬가지로, 콜리스틴 내성 유전자를 가진 거의 모든 박테리아도 이와 동일한 전문 컬렉션에서 나왔습니다. 반면, 세팔로스포린이라 불리는 흔한 항생제 그룹에 박테리아를 내성 있게 만드는 다른 유형의 내성 유전자는 일반 환자 샘답을 조사하던 프로젝트를 포함하여 거의 모든 프로젝트에서 나타났습니다. 이 유전자는 일반 컬렉션의 박테리아 중 거의 절반에서 발견되었으며, 연구진이 분석에서 가장 규모가 큰 표적 연구들을 제거한 후에도 여전히 흔하게 나타났습니다. 이는 초강력 내성 유전자는 희귀하고 특정 연구 노력에 집중되어 있는 반면, 세팔로스포린 내성 유전자는 데이터가 어떻게 수집되었는지와 상관없이 전체 박테리아 집단에 걸쳐 존재하는 광범위하고 반복적인 문제라는 것을 과학자들에게 알려주었습니다.
연구는 또한 특정 계통이 이러한 위험한 유전자를 보유할 가능성이 높은지 확인하기 위해 이 박테리아들의 가계도를 조사했습니다. 그들은 특정 유전적 가족, 즉 시퀀스 유형(sequence types)이 매우 다른 성격을 가지고 있다는 것을 발견했습니다. ST410과 ST167이라는 두 가족이 카바페넴 내성 유전자의 주요 숙주로서, 이러한 초강력 내성 형질의 주요 운반체 역할을 하고 있었습니다. 또 다른 두 가족인 ST131과 ST1193은 플루오로퀴놀론 및 광범위한 세팔로스포린 내성과 더 많이 연관되어 있었지만, 카바페넴 내성은 거의 보유하지 않았습니다. 연구진은 또한 이 내성 유전자들이 거주하는 유전적 이웃을 조사했습니다. 그들은 카바페넴 내성 유전자가 보통 내성 전달 트럭 역할을 하는 플라스미드와 유사한 특정 유형의 이동성 유전 차량에서 발견된다는 것을 발견했습니다. 콜리스틴 내성 유전자는 다른 종류의 전달 트럭에서 발견되었습니다. 이는 이러한 위험한 형질이 단순히 무작위로 떠다니는 것이 아니라, 박테리아 사이를 이동하는 특정 유전 구조에 올라타고 있다는 점을 이해하는 데 도움이 되었습니다.
연구진은 공공 데이터를 바라보는 방식이 데이터 자체만큼이나 중요하다는 결론을 내렸습니다. 만약 왜 그것들이 수집되었는지 확인하지 않고 공공 저장소에 있는 내성 박테리아의 수를 단순히 세기만 한다면, 위협에 대해 왜곡된 견해를 가질 수 있습니다. 저장소에는 과학자들이 적극적으로 사냥해 온 가장 위험한 내성의 집중된 신호들이 가득 차 있지만, 동시에 일반 인구 집단에 존재하는 더 흔한 내성의 꾸준하고 반복되는 신호도 포함되어 있습니다. 각 연구의 목적을 감사하고 이를 박테리아 유전학에 대한 상세한 조사와 결합함으로써, 연구팀은 희귀하고 집중된 위협과 흔하고 광범위한 위협을 분리해낼 수 있었습니다. 이 접근 방식은 과학자들이 데이터에서 패턴을 발견했을 때, 그것이 광범위한 유행의 징후인지 아니면 단지 매우 집중된 탐색의 결과인지를 알 수 있게 하여, 박테리아 세계의 진정한 구성을 이해하도록 돕습니다.
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