A novel chromosomally encoded OXA-12-like β-lactamase variant (bla OXA-1433 ) in a new Aeromonas veronii sequence type (ST3591) from ready-to-eat oysters

박테리아는 적응의 명수이며, 변화하는 환경에서 살아남기 위해 끊임없이 새로운 생존 방식을 진화시킨다. 그들의 가장 강력한 생존 도구 중 하나는 박테리아를 죽이기 위해 설계된 의약품인 항생제에 저항하는 능력이다. 이러한 저항성은 단지 병원에서만 발견되는 문제가 아니라, 강, 바다, 그리고 우리가 먹는 음식 속에서도 자유롭게 순환한다. 해산물, 특히 굴과 같은 패류는 자연 세계와 인간의 소비가 만나는 접점에 살고 있다. 굴은 먹이를 찾기 위해 엄청난 양의 물을 여과하기 때문에, 주변 환경으로부터 박테리아와 유전 물질을 농축할 수 있다. 이는 저항성 유전자가 어떻게 환경을 통해 이동하고 잠재적으로 사람에게 도달하는지를 이해하는 데 있어 중요한 창구가 된다. 과학자들은 단순히 식품 안전을 보장하기 위해서뿐만 아니라, 이 미생물적 방어군이 인간의 건강에 위협이 되기 전 자연적인 진화를 추적하기 위해 즉석에서 먹을 수 있는 해산물에서 발견되는 박테리아에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있다.

최근 한 연구에서 연구진은 브라질 플로리아노폴리스의 상업적 공급원에서 채취한 즉석 섭취용 굴을 조사하여 어떤 박테리아를 보유하고 있는지 확인했다. 샘플들 중에서 연구진은 에로모나스 베로니(Aeromonas veronii)라고 불리는 특정 유형의 박테리아를 발견했다. 이 박테리아는 수중 환경에서 흔히 발견되지만, 이번에 발견된 것은 특이했다. 그것은 연구진이 ST3591이라고 명명한 이전에 알려지지 않은 유전적 가족, 즉 서열 유형에 속해 있었다. 더 중요한 것은, 이 특정 균주가 카바페넴(carbapenems)으로 알려진 강력한 계열의 항생제에 내성을 보였다는 점이다. 이 약물들은 종종 심각한 감염을 치료하기 위한 최후의 수단으로 간주되므로, 식품에서 이를 견뎌내는 박테리아를 발견한 것은 매우 의미 있는 일이다. 연구팀은 이 박테리아가 정확히 어떻게 이 내성을 달성했는지, 그리고 그 내성을 위한 유전적 지침이 어디에서 왔는지를 밝히기 위해 착수했다.

이 미스터리를 해결하기 위해 과학자들은 박테리아의 전체 지침서, 즉 게놈(genome)을 읽기 위해 첨단 유전자 시퀀싱 기술을 사용했다. 그들은 모든 세부 사항을 포착하기 위해 두 가지 서로 다른 시퀀싱 기술을 결কে했다. 이 고품질의 유전 지도는 항생제 내성을 책임지는 특정 유전자를 식별할 수 있게 해주었다. 그들은 박테리아가 blaOXA-1433이라는 새로운 버전의 유전자를 보유하고 있다는 것을 발견했다. 이 유전자는 분자 가위처럼 작용하여 카바페넴 항생제를 절단하고 파괴할 수 있는 효소, 즉 단백질의 일종을 생성한다. 연구진은 이 새로운 효소 변이를 OXA-1433이라고 명명했다. 이는 OXA-12라고 알려진 효소와 매우 가까운 친척으로, 아미노산 구성 성분의 약 95%를 공유하지만 13개의 특정 지점에서 차이가 난다. 이러한 작은 차이에도 불구하고, 새로운 효소는 카바페네마제(carbapenemase)로서 기능하는 데 필요한 필수적인 구조적 특징을 유지하며 효과적으로 약물을 무력화했다.

연구는 단순히 유전자를 식별하는 것을 넘어, 이 유전자가 박테리아의 DNA 내 어디에 거주하는지, 그리고 다른 박테리아로 쉽게 옮겨갈 수 있는지 조사했다. 연구진은 blaOXA-1433 유전자가 박테리아의 주된 염색체, 즉 유전 정보의 중앙 도서관에 직접 매립되어 있다는 것을 발견했다. 이 유전자는 세포벽을 구축하거나 에너지를 생성하는 것과 같이 박테리아가 생존하는 데 필요한 안정적이고 필수적인 유전자들에 의해 둘러싸여 있었다. 결정적으로, 이 저항성 유전자 주변에는 보통 서로 다른 박테리아 사이에서 내성을 빠르게 퍼뜨리는 데 도움을 주는 점핑 유전자나 플라스미드와 같은 가동성 유전 요소가 부족했다. 이는 이 저항성이 최근에 획득되어 쉽게 전달될 수 있는 형질이라기보다, 이 특정 박테리아 계통의 내재적이고 타고난 특징임을 시사한다. 이 유전자는 이 수중 박테리아 집단 내에서 시간이 흐름에 따라 유지되어 온, 박테리아의 안정적인 진화 역사의 일부로 보인다.

이 새로운 유전자가 실제로 내성의 원인임을 확인하기 위해 연구팀은 실험실 테스트를 수행했다. 연구진은 박테리아를 이미페넴(imipenem)이라는 유형의 카바페넴 항생제에 노출시키고, 박테리아가 이를 분해할 수 있는지 관찰했다. 결과는 박테리아가 성공적으로 항생제를 가수분해, 즉 분해했다는 것을 보여주었다. 또한 연구진은 이 저항성이 금속 이온에 의존하는지 테스트했는데, 이는 다른 계열의 저항성 효소들의 특징이다. 테스트 결과, 금속 이온을 차단했을 때도 저항성이 강력하게 유지되었으며, 이는 OXA-1433 효소가 금속에 의존하지 않는다는 것을 확인시켜 주어, 해당 효소가 활성 성분임을 입증했다. 이 발견은 박테리아가 보유한 또 다른 유형의 효소(금속이 있어야 기능하는)가 주요 원인일 가능성을 배제했다.

이 새로운 서열 유형과 독특한 저항성 유전자의 발견은 우리 식량 공급망에 서식하는 박테리아의 숨겨진 다양성을 강조한다. 연구진은 이 특정 Aeromonas veronii 균주가 새로운 유전적 정체성과 안정적인 염색체 기반 내성을 가진다는 점에서, 환경 내에서 이전에 알려지지 않았던 특성들의 조합을 나타낸다는 것을 발견했다. 이 특정 박테리아가 현재 인간 질병의 주요 원인은 아니지만, 즉석 섭식용 굴에서 발견된 이들의 존재는 수생 생태계가 유전적 혁신의 역동적인 저장고라는 사실을 상기시켜 준다. 이 연구는 항생제 내성의 진화가 박테리아가 환경에 적응하기 위해 끊임없이 수행하는 지속적인 자연 과정으로서 식품 사슬 내에서 일어나고 있음을 시사한다. 해산물을 모니터링함으로써, 과학자들은 이 미생물적 방어군이 인간 환자를 만나기 전 어떻게 진화하는지에 대한 더 명확한 그림을 제공하고, 저항성 유전자의 기원과 안정성을 더 잘 이해할 수 있다.