5개 대륙 60개 도시 미생물 군집 최초 비교

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-05-29 12:31:52
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* 전 세계 60개 도시 미생물 샘플 비교 분석
* 총 4,346 종의 미생물 확인, 이 중 31종은 조사된 모든 도시의 97%에서 발견돼
* 모든 도시에는 이를 형성하는 미생물의 고유한 '분자 에코'가 있다.
* "신발을 주면 어느 도시에서 왔는지 90& 정확도로 맞출 수 있다"

도시 미생물 : 지문처럼 독특함
5개 대륙의 도시 미생물 군집 최초 비교


보이지 않는 룸메이트 :
모든 도시에는 고유한 미생물 조합이 있다. 도시의 미생물 군집은 지문만큼이나 분명하다.
이것은 전 세계 60개 도시의 샘플을 비교 연구한 결과 밝혀졌다. 이에 따르면 기후, 대륙 또는 인구와 관계없이 거의 모든 도시에서 발생하는 31종의 핵심 미생물이 있다.
반면에 다른 많은 사람은 종 구성과 빈도 측면에서 너무 구체적이므로 기원을 드러낸다. 

▲ 모든 도시에는 고유한 미생물 조합이  있다. 뉴욕 센트럴 파크

지하철, 문손잡이, 기계 디스플레이 그리고 난간 또는 바닥에서 :
우리는 도시 곳곳에서 미생물을 만난다. 이러한 박테리아, 바이러스, 균류와 고세균은 부분적으로는 인간의 미생물 군집에서 나왔지만 부분적으로는 동물, 토양, 공기 또는 물과 같은 자연에서 나온다. 이러한 다양한 미생물 군집의 조합은 도시에서 매우 특별한 조합을 만든다.

60개 도시의 샘플

이 도시 미생물 군집의 구성은 무엇이며 다른 도시 간에 얼마나 비슷하거나 다른가?
국제 MetaSUB 컨소시엄의 연구원들이 처음으로 이것을 더 자세히 조사했다. 그들의 프로젝트의 원동력은 뉴욕 지하철의 미생물 세계에 대한 초기 연구에서 비롯되었으며, 이는 전 세계적으로 관심을 불러일으켰고 모방자를 발견했다. 이것은 도시 미생물 군집의 글로벌 비교 아이디어를 불러 일으켰다.

이 프로젝트를 위해 전 세계 60개 도시의 자원 봉사자와 과학자들은 총 4,728개의 샘플을 수집했다. 이는 주로 난간, 문손잡이 또는 매표기와 같은 대중교통 시스템 주변의 표면에서 나왔지만 다른 도시 환경의 지상이나 공중에서도 발생했다. 모든 샘플은 유전적 시퀀싱을 사용하여 다양한 미생물 종의 종 구성 및 풍부에 대해 분석됐다.
▲ 연구 개요됴


31종은 거의 모든 곳에 존재

결과 :
연구팀은 총 4,346 종의 미생물을 확인했으며, 이 중 31종은 조사된 모든 도시의 97%에서 발견되었다. 이 핵심 미생물 군집은 주민 수, 지리적 위치, 기후 또는 기타 요인과 무관했으며 주로 박테리아로 구성됐다. "인간이 도시 환경의 많은 부분을 차지하기 때문에 우리 샘플의 DNA는 주로 인간 미생물 군집의 DNA와 유사할 것으로 예상할 수 있다"고 뉴욕에 있는 Weill Cornell Medicine의 David Danko와 그의 동료가 설명했다.

그러나 예상과는 달리 이 도시의 핵심 미생물 군집의 종은 인간의 전형적인 “룸메이트”와 현저하게 달랐다.

피부 세균 쿠티박테리움 아크네스(Cutibacterium acnes)는 거의 모든 도시에서 가장 빈번하게 발견되는 유기체였지만 마이크로코쿠스 루테우스(Micrococcus luteus) 또는 금속 환경에 적응한 세균 쿠프리아비두스 메탈리두란스(Cupriavidus metallidurans)와 같은 공기 입자와 먼지의 전형적인 주민도 상위 10개 종에 속한다.
▲ 그림 4 항균 저항성 유전자 (A) 특정 약물 클래스에 대한 내성이 있는 AMR 유전자의 보급. (B) 약물 클래스별로 검출된 경우 AMR 유전자 클래스의 풍부함. (C) 도시 별 검출 된 AMR 유전자의 수. (D) 약물 클래스에 의해 주석이 달린 샘플 (Jaccard 인덱스)에서 AMR 유전자의 동시 발생.(출처: 관련논문 A global metagenomic map of urban microbiomes and antimicrobial resistance)


자체 미생물 군집

"이것은 도시 미생물 군집이 토양 미생물 군집 및 인간 미생물 군집과 생태학적으로 분리된 별도의 단위로 간주되어야 함을 시사한다"고 팀은 말했다. "이 모든 미생물 군집들은 의심할 여지 없이 상호작용하더라도, 그에 상응하는 다른 유전적 프로파일을 가진 그들 자신의 생태학적 틈새시장을 나타낸다.“

도시 환경의 전형적인 미생물 유형에는 인간의 병원균이 될 수 있는 일부 박테리아도 포함된다.

여기에는 포도상 구균, 연쇄상 구균, 클레브실라(Klebsiella) 및 엔테로박터(Enterobacter) 속의 대표자가 포함된다. 설사 병원균 살모넬라 엔테리카는 도시의 절반 미만에서 발견되었기 때문에 핵심 미생물 군집에 속하지 않았다. 다른 한편으로, 그 빈도는 발생한 곳에서 모두 더 높았다.
가장 흔한 도시 미생물 순위에서 12위를 차지했다.

도시별 혼합

전형적인 도시 핵심 미생물 군집 외에도 샘플에는 지역과 도시에 따라 크게 다른 수많은 미생물 조합이 포함돼 있다. 그들의 종 구성과 빈도는 너무나 구체적이어서 도시는 이것만으로도 식별할 수 있다.

Weill Cornell Medicine의 선임 저자 크리스토퍼 메이손(Christopher Mason)은 “모든 도시에는 이를 형성하는 미생물의 고유한 '분자 에코'가 있다. "신발을 주면 전 세계 어느 도시에서 왔는지 90%의 정확도로 말할 수 있다.”
▲ 그림 5 새로 관찰된 유전자 서열 (A) MetaSUB 데이터에서 발견된 메타 게놈 조립 게놈(MAG)에 대한 분류학 트리. 바깥 쪽의 검은 색과 흰색 고리는 MAG가 알려진 종과 일치 하는지를 나타내고 안쪽 고리는 MAG의 문을 나타낸다. (B) 상단: 가장 널리 퍼진 MAG가 발견된 샘플 수. 하단 : MAG가 발견된 샘플의 지역별 분석. (C) MetaSUB 데이터의 CRISPR 스페이서를 RefSeq의 바이러스 게놈과 MetaSUB 데이터에서 발견된 바이러스 게놈으로 매핑하는 속도. (D) MetaSUB 데이터에서 발견된 바이러스 게놈의 지리적 분포. (E 및 F) MetaSUB 데이터에서 발견된 식별 가능한 CRISPR 시스템의 부분 분석. (출처:관련논문)

많은 부분이 아직 알려지지 않았다.

흥미로운 점은 적어도 일부 도시 미생물은 여전히 ​​과학에 완전히 알려지지 않았다.
샘플에는 알려진 유형의 박테리아, 바이러스, 곰팡이 또는 고세균에 할당할 수 없는 수천 개의 DNA 서열도 있기 때문이다. 그러나 더 자세한 분석에 따르면 이러한 새로운 염기 서열 중 1만 개 이상이 아직 알려지지 않은 바이러스에서, 748개가 알려지지 않은 박테리아에서 유래한 것으로 나타났다.

"우리 샘플에서 분류되지 않은 DNA의 상당 부분은 도시 미생물 군집의 상당 부분이 지금까지 관찰되지 않은 상태로 남아 있음을 나타낸다"고 과학자들은 설명했다.
지상 세계의 많은 다른 미생물 군집의 샘플도 마찬가지다. “지구에는 수백만 종의 미생물이 있지만 지금까지는 10만~20만 종에 대한 확실한 유전 데이터만 가지고 있다”고 Mason은 말했다.
(Microbiome, 2021; doi : 10.1016 / j.cell.2021.05.002)
출처 : Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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