Bacterial dysbiosis in sinonasal fungal ball: a paired 16S rRNA gene sequencing study

인간의 코 내부와 그로부터 갈라져 나온 부비동에는 미세한 생명체들의 복잡한 공동체가 섬세한 균형을 이루며 살아가고 있습니다. 마이크로바이옴이라고 알려진 이 공동체는 주로 인간 숙주 및 서로 다른 박테리아들로 구성되어 있으며, 이들은 공존하며 다양한 과업을 수행합니다. 건강한 상태에서 이 박테리아 이웃은 다양한 종류의 유기체들이 공간을 공유하며 여러 가지 역할을 수행하는 다양성을 띱니다. 이러한 균형이 깨지면 디스바이오시스(dysbiosis)라고 불리는 상태가 발생하며, 이는 종종 염증과 질병으로 이어집니다. 의사들은 곰팡이가 진균종(fungal ball)—부비동 안에 갇힌 밀도가 높고 비침습적인 곰팡이 덩어리—이라는 특정한 유형의 부비동염을 유발할 수 있다는 점을 오랫동안 이해해 왔지만, 이 특정 질환에서 박테리아의 역할은 여전히 미스터리로 남아 있었습니다. 수년 동안 초점은 거의 전적으로 곰팡이 자체에 맞춰져 있었으며, 주변의 박테리아 세계는 대체로 무시되거나 수동적인 방관자로 간 만큼 여겨졌습니다.

베이징 통런 병원의 연구팀은 진균종 환자의 부비동 내 박테리아 생태계를 면밀히 조사함으로써 그 관점을 바꾸고자 했습니다. 그들은 진균종의 존재가 특정하고 국소적인 박테리아 공동체의 변화를 동반하는지, 아니면 박테리아가 단순히 일반적인 환경에 반응하는 것인지를 알고 싶었습니다. 이를 위해 연구진은 한쪽 부비동에는 진균종이 있지만 반대쪽 부비동은 건강하고 깨끗한 상태인 성인 환자 29명을 대상으로 연구를 진행했습니다. 이러한 설정은 과학자들이 동일 인물의 건강한 쪽과 질환이 있는 쪽을 직접 비교할 수 있게 해주었기에 매우 중요했습니다. 이를 통해 연령, 식단 또는 전반적인 건강 상태로 인한 차이를 제거하고, 오직 진균종 때문에 발생한 변화만을 분리해 낼 수 있었습니다. 연구진은 수술 중에 양쪽 코에서 샘플을 채취하였고, 고처리량 유전자 시퀀싱(high-throughput genetic sequencing)을 사용하여 존재하는 모든 종류의 박테리아를 식별함으로써 미생물 군집의 상세한 인구 조사를 실시했습니다.

결과는 양쪽 코 사이에 극명한 대조를 보여주었습니다. 건강한 부비동은 마치 많은 다양한 이웃과 주민이 있는 북적이는 도시처럼 풍부하고 다양한 박테리아 공동체를 보유하고 있었습니다. 이러한 건강한 공간에서 박테리아는 다양했으며, 그들 사이의 관계는 복잡하고 상호 연결되어 있었습니다. 그러나 진균종이 포함된 부비동은 다른 이야기를 들려주었습니다. 그곳의 박테리아 공동체는 훨씬 덜 다양했으며, 존재하는 박테리아의 종류도 적었습니다. 연구진은 전체적인 공동체의 구조가 변화하여 특정 유형의 박테리아는 훨씬 더 흔해진 반면 다른 것들은 사라졌음을 발견했습니다. 이러한 변화는 단지 몇몇 박테리아가 커진 문제가 아니라, 생태계 전체가 재편된 것이었습니다. 질환이 있는 쪽의 박테리아 거주자들은 서로 더 흩어져 있고 덜 연결되어 있었는데, 이는 건강한 부비동에서 발견되는 탄탄한 네트워크에 비해 더 단순하고 아마도 더 취약한 공동체 구조를 시사합니다.

과학자들이 구체적인 박테리아 유형을 살펴보았을 때, 질환이 있는 부비동은 프로테오박테리아(Proteobacteria)라고 알려진 그룹과 박테로이데테스(Bacteroidetes), 푸소박테리아(Fusobacteria)가 지배하고 있었습니다. 특히 아크로박터(Achromobacter)라고 불리는 특정 유형은 진균종이 있는 쪽에서 일관되게 더 풍부하게 나타났습니다. 반면, 건강한 쪽은 오크로박트룸(Ochrobactrum), 데설포비브리오(Desulfovibrio), 락토바실러스(Lactobacillus)를 포함한 다른 세트의 박테리아가 풍부했습니다. 이러한 차이는 무작위가 아니었으며, 특정한 생태학적 변화를 가리키고 있었습니다. 연구진은 또한 컴퓨터 모델을 사용하여 이 박테리아들이 실제로 무엇을 하고 있는지 예측했습니다. 건강한 부비동의 박테리아는 복합 물질을 분해하고 지질을 관리하는 데 집중하는 것으로 나타나, 대사적으로 다양하고 활발한 공동체임을 보여주었습니다. 그러나 질환이 있는 부비동의 박테리아는 세포벽을 구축하고 단백질을 생성하는 데 치중되어 있었는데, 이는 그들이 어려운 환경에서 살아남기 위해 스트레스를 받고 있음을 시사합니다. 이러한 변화에는 인체에 염증을 유발하는 것으로 알려진 박테리아 세포벽의 성분인 리포다당류(lipopolysaccharides)를 생성할 가능성이 높아지는 것이 포함되었습니다.

이 연구는 진균종이 단순히 곰팡이의 문제만이 아니라, 더 넓은 국소적 생태계 붕괴의 신호임을 시사합니다. 곰팡이 덩어리의 존재는 박테리아 다양성의 상실 및 미생물 공동체 전체의 재구조화와 연관이 있는 것으로 보입니다. 영향을 받은 쪽의 박테리아는 이름만 다른 것이 아니라 기능 또한 다르며, 염증이 있고 배수가 잘 되지 않으며 점액이 풍부한 환경에 적응하고 있는 듯합니다. 비록 이 연구가 박테리아의 변화가 진균종을 유발했는지, 혹은 진균종이 박테리아의 변화를 일으켰는지를 증명할 수는 없지만, 두 현상이 서로 밀접하게 맞물려 있다는 점은 분명히 보여줍니다. 연구 결과는 이 질환을 치료하기 위해 단순히 곰팡이 잔해를 제거하는 것 이상의 조치가 필요할 수 있음을 나타내며, 국소적인 박테리아 균형을 이해하고 잠재적으로 회복시키는 것이 중요한 부분일 수 있음을 시사합니다. 이 연구는 국소적인 질병에서도 미시 세계는 하나의 부분이 전체의 균형에 의존하는 복잡하고 상호 연결된 시스템임을 강조합니다.