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- 2016년에서 2019년 사이에 채취한 101개국 243개 도시에서 거의 800개의 폐수 샘플 분석
- 폐수에서 557개의 서로 다른 항생제 내성 유전자를 식별
- 저항성 유전자의 그룹 간 전파의 특정 핫스팟은 사하라 이남 아프리카
- 저항성 유전자는 저개발 국가에서 매우 다르게 행동 그곳에서 더 나은 전파 기회 찾아

항생제 내성이 예상치 못한 도약을 하고 있다.
박테리아 자체는 완전히 다른 그룹의 병원체에 저항 유전자를 전달한다.

억제되지 않는 전파:
항생제 내성에 대한 글로벌 지도는 예상치 못한 확산 패턴을 보여준다. 내성 유전자는 매우 다른 유형의 박테리아 간에 예상보다 더 자주 전달된다. 이 그룹 간 전송의 특정 핫스팟은 연구자들이 결정한 대로 남부 아프리카다. 그럼에도 불구하고 동시에 여러 종류의 항생제에 대한 내성은 지역 클러스터를 형성한다. 

▲ 황색포도상구균(MRSA)과 같은 다제내성균이 전 세계적으로 확산되고 있습니다. © National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)

전 세계적으로 내성균과 다제내성균의 수가 증가하고 있다. 현재 많은 병원체가 응급 항생제와 새로운 활성 성분에 면역이 있다. 그 결과 2019년에만 HIV나 말라리아보다 실제로 치료 가능한 감염으로 사망한 사람이 더 많았다. 

 

박테리아가 물려준 저항성 유전자는 이제 흙, 먼지, 물, 심지어 공기 중에 도처에서 발견된다. 이러한 유전자가 우리에게 무해한 박테리아에서 발생하는 한 이것은 우리에게 해를 끼치지 않지만 결국 병원균에 감염되면 해를 끼친다.

폐수에서 추적

덴마크 기술 대학의 패트릭 뭉크(Patrick Munk)와 그의 동료들은 저항 유전자가 얼마나 널리 퍼져 있는지 조사했다. 이를 위해 그들은 2016년에서 2019년 사이에 채취한 101개국 243개 도시에서 거의 800개의 폐수 샘플을 분석했다. 코로나바이러스에 대한 코로나 대유행과 유사하게, 이 경우 그들은 하수 시스템을 박테리아 환경의 의미 있는 저장소로 사용했다.

"폐수는 우리에게 도시 전체에서 순환하는 항생제 내성 유전자를 샘플링하는 훌륭하고 저렴한 방법을 제공한다"며 "폐수에서 우리가 가지고 있는 박테리아의 저항성 유전자와 미래에 만날 수 있는 박테리아의 저항성 유전자를 모두 발견하기 때문이다"고 연구팀은 설명했다. 연구자들은 샘플에서 발견된 DNA 서열을 이전에 알려진 3,100개 이상의 저항성 유전자 데이터베이스와 비교했다. 

▲ 여러 국가의 도시 폐수에서 저항 유전자 분포. © Technical University of Denmark

글로벌 플레이어 및 지역 클러스터

그 결과 팀은 폐수에서 557개의 서로 다른 항생제 내성 유전자를 식별했다. 이러한 저항성 유전자 중 13개는 국가나 대륙에 관계없이 전 세계적으로 모든 단일 샘플에서 발생했다. 여기에는 박테리아가 테트라사이클린, 술폰아미드 및 마크로라이드 항생제에 면역이 되도록 하는 유전자가 포함된다. Munk와 그의 동료들이 결정한 대로, 127개의 다른 저항성 유전자가 전 세계 샘플의 최소 절반에서 발견되었다.

샘플당 서로 다른 내성 유전자의 수는 지역과 국가에 따라 크게 다르다. 유럽과 북미는 중간에 있으며 상대적으로 균일한 수치를 보인다. 반면 아프리카, 남미, 중동에서는 이웃 국가들 사이에서도 그 차이가 크다는 사실을 발견했다. 유전자는 Streptococcus, Acinetobacter, Klebsiella 및 Pseudomonas 속의 대표자를 포함해 무해한 박테리아와 알려진 병원체 모두에서 발견되었다.
서로 다른 대규모 그룹 간에도 전송

놀라운 점은 이전에는 내성 유전자가 밀접한 관련이 있는 박테리아 사이에서, 예를 들어 그람 음성 또는 그람 양성 박테리아 내에서만 주로 전달된다고 가정했다는 것이다. 그러나 연구원들이 발견한 것처럼 이것은 사실이 아니다. "우리는 매우 다른 유형의 박테리아에서 동일한 저항성 유전자를 발견했다"고 Munk는 보고했다. 따라서 그람 양성 장구균도 그들의 저항성 유전자를 그람음성 속 Campylobacter로 옮겼다.

"우리는 그러한 유전자가 큰 박테리아 그룹 중 하나에서 유사성이 거의 없는 완전히 다른 그룹으로 들어갈 수 있는지 걱정된다"고 Munk는 말한다. "유전자 전달이 이렇게 먼 계통 발생적 거리에 걸쳐 일어나는 것은 극히 드문 일이다." 이러한 항생제 내성의 그룹 간 확산은 병원균이 이러한 유전자를 획득할 위험을 증가시킨다.

▲ 지역 및 국가별로 다양한 종류의 항생제에 대한 내성 유전자의 비율. © Munk et al./Nature Communications, CC-by 4.0

핫스팟이자 용광로로서의 남아프리카

분석에 따르면, 이 저항성 유전자의 그룹 간 전파의 특정 핫스팟은 사하라 이남 아프리카에 있다. 그곳에서 과학자들은 서로 다른 유형의 박테리아에서 특히 많은 수의 동일한 유전자를 발견했다. "우리는 여기에서 유전자가 여러 박테리아 종을 통해 거의 관련이 없는 종으로 전달되는 전송 핫스팟임에 틀림없다고 결론을 내렸다"고 Munk는 설명했다.

연구원들에 따르면, 이것은 특히 세계의 저개발 지역에서 항생제 내성에 대해 약이 효과가 없는 이유를 보여준다. 일반적으로 체계적인 모니터링 프로그램이 부족하기 때문이다. Munk는 "우리는 거기에서 얻은 데이터가 없기 때문에 중요한 개발을 간과할 위험이 있다"라고 경고했다. "분명히, 저항성 유전자는 산업화된 국가에서보다 이 지역에서 매우 다르게 행동할 수 있는데, 아마도 그곳에서 더 나은 전파 기회를 찾기 때문일 것이다.“

따라서 Munk와 그의 팀은 항생제 내성이 증가하는 관점에서 저개발 지역을 주시하는 것이 그 어느 때보다 중요하다고 강조했다. "지구 반대편에서 일어나는 일이 우리와 관련이 없다고 생각할 수도 있지만 그렇지 않다. 이러한 문제는 우리가 한 번 이상 본 것처럼 우리에게도 온다"라고 Munk는 말했다.
(Nature Communications, 2022; doi: 10.1038/s41467-022-34312-7)
출처: Technical University of Denmark

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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