Integrated Bioinformatics Approach Identifies Shared Hub Genes and Pathways Underlying Probiotic Responses in Colorectal Cancer

대장암은 대장이나 직장에서 비정상적인 세포가 통제 불능으로 성장하여 결국 종양을 형성하는 심각한 질병입니다. 의사들은 수술이나 화학 요법과 같이 이를 치료하기 위한 많은 방법을 가지고 있지만, 이러한 방법들은 신체에 가혹할 수 있으며 모든 사람에게 항상 효과가 있는 것은 아닙니다. 이 때문에 과학자들은 프로바이오틱스의 사용을 포함하여 더 부드러운 도움을 줄 수 있는 방법을 찾고 있습니다. 프로바이오틱스는 요거트나 다른 발효 식품에서 흔히 발견되는 유익한 박테리아로, 우리 장 속에 살고 있습니다. 수년 동안 연구자들은 이 유익한 박테리아가 단순히 소화를 돕는 것 이상의 역할을 할 수도 있다고 의심해 왔습니다. 즉, 세포의 행동 방식을 변화시킴으로써 암과 싸우는 데 도움을 줄 수도 있다는 것입니다. 그러나 퍼즐의 빠진 조각이 하나 있었습니다. 다양한 종류의 프로바이오틱스가 여러 연구에서 가능성을 보여주었지만, 과학자들은 이들이 모두 인체의 동일한 내부 스위치를 통해 작동하는 것인지, 아니면 각기 완전히 다른 방법을 사용하는 것인지 알지 못했습니다.

새로운 연구는 암세포 내부의 유전적 지침을 조사함으로써 이 미스터리를 해결하고자 했습니다. 연구진은 Bacillus subtilis로 알려진 것과 Propionibacterium freudenreichii라고 불리는 또 다른 것, 이 두 가지 서로 다른 유형의 프로바이오틱스에 집중했습니다. 이 박테리아들은 자전거와 오토바이가 모두 탈것이지만 작동 방식은 뚜렷하게 다르듯, 서로 매우 다릅니다. 연구팀은 이 두 박테리아가 서로 다름에도 불구하고, 대장암 세포의 유전자에 동일한 변화를 유발하는지 확인하고 싶었습니다. 이를 위해 그들은 실험실에서 새로운 박테리아를 배양하지 않았습니다. 대신, 이미 발표된 두 개의 별개 과학 실험에서 얻은 기존 데이터를 분석하는 강력한 컴퓨터 접근 방식을 사용했습니다. 그들은 두 연구의 유전 정보를 결합하여 암세포가 이 두 프로바이오틱스에 노출되었을 때 나타나는 공통된 실마리를 찾아냈습니다.

연구진은 명확한 패턴을 발견했습니다. 두 종류의 서로 다른 박테리아에 의해 유발된 유전적 변화를 비교했을 때, 두 치료 모두에 동일한 방식으로 반응하는 442개의 특정 유전자를 발견했습니다. 이는 박테리아가 서로 다름에도 불구하고, 두 박테리아 모두 암과 싸우기 위해 동일한 유전적 스위치 세트를 켜고 끄는 것을 시사합니다. 이 442개의 유전자가 실제로 무엇을 하고 있는지 이해하기 위해, 과학자들은 가장 중요한 교차로를 찾는 도시 지도처럼 이들을 매핑했습니다. 그들은 소수의 유전자가 주요 허브로서 다른 많은 유전자와 연결되어 있음을 발견했습니다. 가장 많이 연결된 유전자에는 염증, 세포 사멸, 그리고 세포가 스트레스를 처리하는 방식과 관련된 것들이 포함되었습니다.

이 연구는 프로바이오틱스가 암세포 내부의 세 가지 주요 영역을 표적으로 삼아 작용한다는 점을 밝혀냈습니다. 첫째, 이들은 염증에 영향을 미칩니다. 신체의 자연스러운 감염 방어 기제는 종종 염증을 동반하지만, 암의 경우 이것이 때때로 종양 성장을 도울 수 있습니다. 데이터에 따르면 프로바이오틱스는 특히 TNF라고 불리는 분자와 NF-kappa B라고 알려진 경로에 의해 주도되는 특정 염증 신호를 진정시키는 것으로 보입니다. 둘째, 박테리아는 세포 자체의 사멸 프로그램을 촉발하는 것으로 보입니다. 건강한 신체에서는 손상되거나 위험한 세포에 자가 파괴 명령이 내려지지만, 암세포는 종종 이 명령을 무시합니다. 분석 결과, 프로바이로틱스는 이 과정을 재가동하여 암세포가 죽도록 강제하는 데 도움을 주는 것으로 나타났습니다. 셋째, 연구는 세포가 스트레스를 관리하는 시스템, 구체적으로 단백질을 접거나 수리하는 방식을 강조했습니다. 세포가 스트레스를 받을 때, 세포는 모든 것이 원활하게 돌아가도록 돕는 특별한 헬퍼 단백질을 생성합니다. 프로바이오틱스는 이 스트레스 대응 시스템을 가동하는 것으로 보이며, 이는 세포가 생존할지 아니면 죽을지를 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

연구진은 또한 프로바이오틱스의 영향을 받는 일부 유전자가 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 신경 퇴행성 질환과도 관련이 있다는 점을 주목했습니다. 그러나 그들은 이것이 프로바이오틱스가 이러한 뇌 질환을 치료한다는 의미는 아니라고 명시했습니다. 대신, 단백질 스트레스를 관리하는 데 사용하는 동일한 기계 장치가 암세포와 뇌 질환의 영향을 받는 세포 사이에서 공유된다는 점을 밝힌 것입니다. 프로바이오틱스는 아마도 이 공유된 기계 장치를 타격하고 있는 것이며, 이 장치는 암세포의 생존에 결정적입니다. 연구는 MYC, TNF, ATF3를 포함한 몇몇 핵심 유전자를 이 과정의 중심적인 역할을 하는 요소로 식기했습니다. 이 유전자들은 프로바이오틱스가 영향을 미치는 것으로 보이는 주요 제어 장치 역할을 합니다.

이 연구는 프로바이오틱스가 대장암과 싸우는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 더 명확한 그림을 제공합니다. 이는 서로 다른 유익한 박테리아가 고유하고 고립된 방법을 사용하는 것이 아니라, 세포 내의 공유된 표적 세트로 수렴될 수 있음을 시사합니다. 이러한 특정 유전자와 경로를 식별함으로써, 이 연구는 미래 의약품을 위한 잠재적 표적 목록을 제시합니다. 비록 이 연구가 환자를 대상으로 한 새로운 임상 시험이 아닌 기존 데이터의 컴퓨터 분석에 기반하고 있지만, 메커니즘을 이해하는 데 강력한 토대를 마련해 줍니다. 이는 의사들이 이러한 공유된 유전적 허브를 구체적으로 겨냥하는 치료법을 설계할 수 있는 미래를 향하고 있으며, 잠야 프로바이오틱스 요법을 더 효과적으로 만들거나 이러한 박테리아의 유익한 효과를 모방하는 새로운 약물을 개발할 수 있게 합니다. 이 결과는 장내 박테리아와 대장의 세포가 끊임없이 소통하고 있음을 확인시켜 주며, 과학자들이 그들이 사용하는 언어를 이해함으로써 암을 저지할 수 있는 새로운 방법을 찾을 수 있음을 보여줍니다.