Divergent climatic, geographic, and taxonomic associations of human gut resistome burden and composition across 34 countries
34개국에 걸친 건강한 젊은 성인들을 대상으로 한 이 연구는 인간 장내 레지스토옴(resistome)의 부담과 구성이 서로 구별되면서도 상호 보완적인 특징이며, 이는 서로 다른 기후적, 지리적, 분류학적 요인들에 의해 영향을 받는다는 것을 밝힘으로써, 높은 항생제 내성이 유익한 미생물 분류군과 공존할 수 있음을 입증하고 원 헬스(One Health) 감시 체계에서 통합적인 프로파일링의 필요성을 강조한다.
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모든 사람은 자신의 장 속에 거대하고 눈에 보이지 않는 생태계, 즉 음식의 소화를 돕고 질병으로부터 몸을 보호하는 박테리아의 북적이는 공동체를 품고 있습니다. 이 공동체 안에는 박테리아가 설계된 약물에 노출되었을 때 어떻게 살아남을지를 알려주는 유전적 지침인 숨겨진 도서관이 존재합니다. 이 생존 지침의 모음집을 '레지스토옴(resistome, 내성 유전체)'이라고 부릅니다. 과학자들은 이러한 내성 유전자가 존재한다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 이것이 전 세계적으로 어떻게 분포되어 있는지, 그리고 어떤 환경적 힘이 이를 형성하는지를 이해하는 것은 어려운 난제로 남아 있었습니다. 이 문제의 이해관계는 매우 높습니다. 왜냐하면 표준적인 약물로 치료할 수 없는 박테리아의 등장은 흔한 감염을 치명적인 것으로 바꿀 수 있는, 우리 시대의 가장 시급한 보건 과제 중 하나이기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 병원을 넘어 사람들의 일상과 환경을 들여다보며, 그들이 마시는 공기나 그들이 사는 날씨, 혹은 가축을 기르는 방식이 이 박테리아의 방어력을 조용히 영향을 미치고 있는 것은 아닌지 질문해야 합니다.
한 연구팀은 34개국에서 온 34명의 건강한 젊은 성인의 장내 박테리아를 연구함으로써 이 보이지 않는 지형도를 그려내고자 했습니다. 참가자들은 모두 헝가리의 한 대학교에서 공부하는 의과대학 1학년생들로, 이는 과학자들이 인종, 교육 수준, 현재 생활 환경을 최대한 유사하게 유지하면서도 서로 매우 다른 지역 출신의 사람들을 비교할 수 있게 해주었습니다. 연구팀은 대변 샘사를 수집하여 그들 내부에 살고 있는 박테리아의 유전 물질을 분석했습니다. 그들은 두 가지 상호 보완적인 방법을 사용했는데, 하나는 각 개인에게 존재하는 특정 유형의 박테리아를 살펴보는 것이었고, 다른 하나는 각 국가별로 샘플을 모아 전체적인 내성 유전자의 총량과 그 유전자가 저항할 수 있는 구체적인 약물의 종류를 폭넓게 파악하는 것이었습니다. 이 접근법을 통해 그들은 개인의 변이와 대륙 간의 거시적인 패턴을 모두 볼 수 있었습니다.
연구 결과, 장내 레지스토옴은 단일하고 균일한 것이 아니라 두 가지 뚜렷한 측면, 즉 내성 유전자의 순수한 양과 내성 유형의 구체적인 조합을 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 연구진이 34개국 전체의 내성 유전자를 조사했을 때, 유전자의 수는 국가의 발전 수준이나 대륙에 의해 결정되지 않는다는 것을 발견했습니다. 대신, 내성의 양은 기후와 밀접하게 연관되어 있었습니다. 구체적으로, 연구진은 연평균 기온이 섭씨 10도 상승할 때마다 장내 내성 유전자의 총량이 약 22% 증가한다는 사실을 발견했습니다. 이는 따뜻한 환경이 박테리아가 더 많은 내성 기제를 축적하도록 자연적으로 유도할 수 있음을 시사하며, 아마도 박테리아가 더 빠르게 성장하거나 유전적 지침을 더 쉽게 교환하도록 돕기 때문일 것입니다. 미세 먼지 입자의 양으로 측정되는 대기 오염 또한 역할을 했는데, 공기가 더 깨끗한 곳보다 오염 수준이 높은 국가에서 더 많은 내성 유전자가 나타났습니다. 그러나 한 국가가 받는 강수량은 내성 유전자의 총량에 영향을 미치지 않는 것으로 보였습니다.
온도와 오염이 얼마나 많은 내성 유전자가 존재하는지를 통제하는 듯 보였다면, 어떤 종류의 내성이 존재하는지는 다른 일련의 요인들에 의해 결정되었습니다. 내성 유전자의 조합은 대륙에 따라 유의미하게 달랐습니다. 가장 눈에 띄는 패턴은 아시아 지역 국가 그룹에서 나타났는데, 이들은 매크롤라이드(macrolides), 린코사마이드(lincosamides), 스트렙토그라민(streptogramins)으로 알려진 특정 항생제 계열에 저항하는 유전자가 훨씬 더 풍부했습니다. 이 패턴은 해당 아시아 국가들이 다른 지역에 비해 가축 사육에 항생제를 훨씬 더 많이 사용한다는 데이터와 일치합니다. 연구진은 이러한 연결 고리가 지역 내에서 동물을 약물로 치료하는 방식이, 비록 그 사람들이 현재 다른 환경에서 살고 있더라도 그곳에 사는 사람들의 내성 유전자에 지속적인 흔적을 남길 수 있음을 시사한다고 언급했습니다. 반면, 이러한 지역적 항생제 사용의 차이에 따라 전체 내성 유전자의 수는 변하지 않았습니다.
연구는 또한 박테리아 자체를 조사하여 내성 유전자의 존재가 장내 공동체의 건강과 연관이 있는지 살펴보았습니다. 그들은 내성 유전자의 부담이 높다고 해서 반드시 '나쁜' 장을 의미하는 것은 아니라는 사실을 발견했습니다. 실제로 내성 유전자의 수준이 가장 높은 집단 중 일부는 장 건강에 중요한 유익한 단쇄 지방산을 생성하는 박테리아를 많이 보유하고 있었습니다. 이 발견은 내성이 많으면 항상 건강한 장이 아니라는 단순한 생각을 뒤집습니다. 대신, 이는 내성 유전자가 유익한 박테리아와 공존할 수 있음을 보여주며, 상황을 더 복잡하게 만듭니다. 연구진은 장내 박테리아에 잠재적으로 해롭거나 산소가 풍부한 환경에서 생존할 수 있는 것으로 알려진 유형이 더 많이 포함된 특정 학생 그룹을 식 발견했으며, 이 그룹은 또한 가장 높은 내성 부하를 운반하고 있었습니다.
궁극적으로, 이 연구는 인간의 장내 레지스토옴이 전 지구적 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 더 명확한 지도를 제공합니다. 이는 환경이 하나의 필터 역할을 하여, 온도와 대기 질은 내성의 전체적인 양에 영향을 미치고, 지리 및 지역적 축산 관행은 지배적인 내성의 구체적인 유형을 형성한다는 것을 보여줍니다. 이 연구는 항생제 내성을 이해하고 싸우기 위해서는 단순히 병원에서 얼마나 많은 약물이 사용되는지만을 보는 것이 아니라, 우리를 둘러싼 기후, 공기의 질, 그리고 농업 시스템 또한 고려해야 한다는 점을 강조합니다. 이렇게 분리되어 있으면서도 연결된 힘들을 이해함으로써, 과학자들은 어디에서 내성이 자라날지 더 잘 예측하고 이를 관리할 수 있으며, 우리 모두에게 영향을 미치는 문제에 대해 더 완전한 그림을 그려낼 수 있습니다.
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