Clostridium niakharense sp. nov., a novel species isolated from the breast milk of a Senegalese mother breastfeeding a healthy child

인체는 고립된 그릇이 아니라, 모든 표면과 구멍에 서식하는 미생물 생명체가 북적이는 활기찬 생태계입니다. 이러한 공동체 중에서도 모유 속에 있는 박테리아는 과학자들에게 오랫동안 매혹의 대상이었는데, 이는 이 액체가 영아를 위한 첫 번째 음식이자 초기 미생물 군집 형성의 핵심적인 원천이기 때문입니다. 수십 년 동안 연구자들은 우유 속의 박테카가 대부분 해롭지 않은 손님이라거나, 어떤 경우에는 환경으로부터 유입된 오염물질이라고 믿어 왔습니다. 그러나 이 작은 유기체들을 연구하는 데 사용되는 도구들은 진화해 왔습니다. 과학자들은 이제 실험실에서 배양하는 것이 불가능하다고 여겨졌던 박테리아를 키워낼 수 있게 되었으며, 이를 통해 단순히 유전적 파편으로부터 존재를 추론하는 것이 아니라 실제 살아있는 세포를 직접 볼 수 있게 되었습니다. 이러한 변화는 인체 내에 존재하는 생명의 다양성에 대한 새로운 창을 열어주었으며, 이전에 보이지 않았던 종들을 드러내고, 이 미생물들이 어디에서 오며 무엇을 하는지에 대한 기존의 가설들에 도전하고 있습니다.

최근 한 연구에서 연구진은 세네갈의 건강한 어머니의 모유에서 발견된 새로운 박테리아 종을 밝혀냈습니다. 프랑스와 세네갈의 실험실에서 협력한 연구팀은 니아카르(Niakhar) 지역에서 건강한 아이에게 모유 수유를 하는 어머니로부터 모유 샘 샘플을 수집했습니다. 그들은 '컬처로믹스(culturomics)'라고 불리는 특수 기술을 사용했는데, 이는 가장 포착하기 어려운 미생물까지도 자라나도록 유도하기 위해 다양한 조건에서 박테리아를 배양하는 방식입니다. 이러한 노력 끝에 연구진은 단일 균주를 분리해 냈으며, 이를 'Marseille-QA1 QA1073'이라고 명명했습니다. 언뜻 보기에 이 박테리아는 알려진 유형처럼 보였습니다. 현미경 아래에서 그것은 스스로 움직일 수 있고 가혹한 환경에서 살아남기 위해 단단하고 휴면 상태인 포자를 형성할 수 있는 굽은 형태의 방추형 막대 모양이었습니다. 이것은 그람 양성 박테리아였는데, 이는 두꺼운 세포벽을 가지고 있어 표준 검사 시 보라색으로 염색됨을 의미하며, 산소가 없는 환경에서만 번식했습니다.

과학자들이 표준 단백질 지문법을 사용하여 박테리아를 식별하려고 처음 시도했을 때, 기계는 이를 알려진 어떤 종과도 일치시키지 못했습니다. 그들은 더 강력한 방법인 박테리아의 전체 유전 코드를 읽는 방식으로 눈을 돌렸습니다. 새로운 균주를 알려진 박테리아 데이터베이스와 비교했을 때, 그것은 Clostridium argentinense 및 Clostridium faecium이라는 두 기존 종과 가장 유사했습니다. 유전적 유사성이 약 99%로 매우 높았기 때문에, 식별에 사용되는 표준 유전자 마커만으로는 이 둘을 구분할 수 없었습니다. 과거라면 이 새로운 균주를 저 알려진 종 중 하나로 분류하는 것으로 충분했을 것입니다. 그러나 연구진은 단 하나의 유전자만을 보는 것만으로는 확정적인 결론을 내리기에 부족하다는 것을 알고 있었습니다. 그들은 생명체를 구성하는 완전한 지침서인 전체 게놈을 살펴봐야 했습니다.

연구진이 이 새로운 균주의 전체 유전 청사진을 가장 가까운 친척들과 비교했을 때, 차이점은 명확해졌습니다. 이 새로운 박테리아는 Clostridium argentinense와는 약 94%, Clostridium faecium과는 약 87%의 유전 물질만을 공유했습니다. 박테리아 분류학의 세계에서 이 수치들은 결정적인 요인이 됩니다. 두 박테리아가 동일한 종으로 간주되려면 최소 95%의 유전적 정체성을 공유해야 합니다. 이 새로운 균주가 이 기준치에 훨씬 못 미쳤기 때문에, 연구진은 이것이 알려진 종이 아니라 완전히 새로운 것이라고 결론지었습니다. 그들은 샘플이 수집된 니아카르 지역을 기려 'Clostridium niakharense'라는 이름을 제안했습니다.

이 발견은 박테리아가 발견된 위치 때문에 특히 중요했습니다. Clostridium 속의 많은 박테리아는 토양에 서식하는 것으로 알려져 있으며, 때때로 심각한 질병을 일으키는 독소를 생성하는 위험한 병원균이 될 수 있습니다. 이 새로운 종의 가장 가까운 친척인 Clostridium argentinense는 역사적으로 보툴리누스 독소와 연관되어 왔습니다. 이는 즉각적인 의문을 제기했습니다. 이 새로운 박테리아는 위험한가? 연구진은 독소나 병원성을 나타내는 유전자가 있는지 확인하기 위해 전체 게놈을 스캔했습니다. 그들은 아무것도 발견하지 못했습니다. 이 새로운 균주는 보툴리눔 신경독소나 다른 알려진 유해 인자를 생성하는 유전자를 가지고 있지 않았습니다. 그것은 위험한 친척들을 포함하는 가문 내에서 안전하고 독성이 없는 구성원이었습니다.

또한 이 연구는 이 박테리아가 특정 항생제에 어떻게 저항하는지를 밝혔습니다. 게놈 분석 결과, 이 박테리아는 최후의 수단으로 자주 사용되는 강력한 항생제인 반코마이신(vancomycin)을 견뎌낼 수 있게 해주는 특정 유전자 세트를 주요 염색체에 보유하고 있음이 드러났습니다. 이러한 저항성은 실험실에서 박테리아가 해당 약물이 있는 환경에서도 성장하는 것을 확인함으로써 입증되었습니다. 그러나 이 박테리아는 유사한 항생제인 테이코플라닌(teicoplanin)에는 민감한 반응을 보였는데, 이는 이 특정 유형의 유전적 저항 패턴의 전형적인 모습입니다. 연구진은 또한 이 박테리아가 다른 흔한 항생제들에 대해서도 저항성을 보였다고 언급했으나, 이는 새로 획득한 초능력이라기보다는 해당 그룹의 자연스러운 특성인 것으로 보였습니다.

아마도 가장 흥미로운 측면은 이 박테리아의 기원에 대한 추측일 것입니다. 비록 이것이 인체의 모유에서 발견되었지만, 연구진은 컴퓨터 모델을 사용하여 이 유형의 박테리아가 보통 어디에 사는지 예측했습니다. 모델에 따르면 이 박테리아는 주로 토양과 식물 뿌리 주변 영역인 근권(rhizosphere)의 거주자입니다. 이는 모유에서 발견된 이 박테리아가 인체의 영구적인 거주자가 아니라 일시적인 방문객이었을 가능성을 시사합니다. 아마도 어머니가 흙이나 식물을 만지는 등의 환경적 노출을 통해 모유에 도달했을 것이며, 포자를 형성할 수 있기 때문에 그 여정에서 살아남았을 것입니다. 이는 이 가문의 많은 박테리아가 환경에 널리 퍼져 있으며 때때로 인간에게서 발견될 수 있지만 해를 끼치지 않는다는 행동 양식과 일치합니다.

이 박테리아의 성공적인 분리는 인체 마이크로바이옴을 탐구하는 데 있어 고급 배양 기술의 가치를 강조합니다. 많은 박테리아는 표준 실험실 방식으로는 놓치기 쉬운 느린 성장 속도나 특정한 요구 조건을 가지고 있습니다. 장기간의 배양과 특수 배양 배지를 사용함으로써, 연구팀은 이 까다로운 유기체를 생명력을 가진 상태로 불러올 수 있었습니다. 이 발견은 인체 모유에서 발견되는 박테리아 종 목록에 새로운 항목을 추가하며, 우리를 둘러싼 미생물의 다양성에 대한 이해를 넓혀줍니다. 이는 가장 익숙한 환경인 어머니의 모유 속에도 여전히 발견되지 않은 생명체들이 존재하며, 이러한 새로운 발견들이 종종 경고보다는 안심을 동반한다는 사실을 상기시켜 줍니다. 이 균주는 향후 연구를 위해 배양 컬렉션에 보존되었으며, 이를 통해 새롭게 명명된 종인 Clostridium niakharense는 앞으로도 오랫동안 과학자들이 학습할 수 있는 자료가 될 것입니다.