대장균이 만드는 ‘콜리박틴’ 독소, DNA 손상시켜
영국 암 연구 재단의 후원을 받은 연구에서 장에서 발견되는 흔한 유형의 박테리아가 장암(대장․소장․직장암)의 원인이 될 수가 있다고 밝혔다.

네덜란드와 영국과 미국의 과학자들은 일종의 대장균이 방출하는 독소가 장의 내피를 구성하는 세포들의 DNA를 손상하는 특이한 패턴, 즉 지문을 유발하는 것을 밝혔다. 그런 지문은 장암 종양에도 나타나고, 따라서 박테리아의 독소와 암 발생을 부추기는 유전자 변화 간에 직접적인 연관이 있는 것이 처음으로 드러났다.

이들 연구진은 장의 내피 세포에 생긴 그런 독특한 DNA 손상을 탐지하는 것이 언젠가는 의사들이 장암 발생 위험이 높은 사람을 식별해낼 수 있게 해줄 수도 있고 현행 장암 조기 검진 검사와 함께 사용될 수 있는 것을 시사했다. 장 박테리아가 방출하는 다른 독소들도 유사한 영향을 미칠는지도 모르기 때문에 연구진은 현재 그런 독소들을 찾고 있고, 또 그런 독소로 생기는 DNA 손상 메커니즘이 광범한지를 밝혀내려고 연구진은 노력하고 있다.

영국에서는 매년 장암이 신규로 약 42,000건 발생하고 2번째로 흔한 암 사망 원인이다. 장암으로 진행할 수 있는 초기 조짐들을 아는 것은 의사들이 장암의 발병을 예방하고 치료 성공 가능성이 가장 큰 가장 초기 단계에서 그것을 탐지해내는 것을 도와줄지도 모른다. 이런 이유로 과학자들은 수조 개의 박테리아나 바이러스나 균류나 여타 단세포 생물로 구성된 미생물군이 장암 발생에 관여하는 역할을 조사해보게 되었다.

네덜란드의 후브레히트 연구소의 한스 클레버스 교수와 그의 연구진은 건강한 사람과 비교해서 장암 환자의 대변 표본에서 더 흔하게 발견되는 콜리박틴이란 독소를 만드는 1가지 계통의 대장균에 초점을 맞추었다. 콜리박틴이 실험실에서 배양한 세포들에 DNA 손상을 야기할 수 있기 때문에 그들은 이 독소가 장의 내피세포에도 그렇게 할지도 모른다고 생각했다.

장암 표본에서 콜리박틴 지문 45% 발견
연구진은 인간의 장과 유사한 실험실에서 만든 축소형 장 복제품인 오가노이드(장기유사체)를 사용해서 콜리박틴을 만들어내는 대장균에 노출시켰다. 그들은 5개월 뒤에 오가노이드의 장 세포들의 DNA 염기서열을 분석했고, 콜리박틴을 만들지 않는 보통의 대장균에 노출된 오가노이드와 비교해서 약 2배나 더 많은 DNA 손상을 발견했다. 연구진은 또 콜리박틴으로 생기는 DNA 손상은 지문같이 그 독소에만 독특한 2가지 아주 특유한 패턴을 나타내는 것도 발견했다.

문제의 박테리아가 유발하는 DNA 손상이 장암에 어떤 역할을 담당하는지를 밝혀내기 위해 연구진은 영국과 네덜란드에서 수집한 5,500개가 넘는 종양 표본의 DNA 염기서열을 리즈 대학교의 헨리 우드 박사와 필립 쿼크 교수의 도움을 받아서 분석했다. 그들은 우선 네덜란드에서 수집한 3,600개가 넘는 여러 유형의 암 표본에 DNA를 손상하는 2가지 콜리박틴의 지문이 있는지 조사해보았다. 다수의 종양에 그런 지문들이 있었고 다른 유형의 암보다도 장암에 훨씬 더 흔했다.

그 다음에 연구진은 구체적으로 장암 종양에 대한 연구를 세밀화해서 지노믹스 잉글랜드(영국 유전체학)가 운용하고 있는 100,000 게놈 프로젝트의 일환으로 수집한 영국에서 끌어모은 2,000개가 넘는 장암 표본을 분석했다. 그런 표본에서 콜리박틴 지문들이 환자의 45%에서 발견되었다.

이는 콜리박틴을 만드는 대장균이 영국에서는 장암 20건당 1건의 원인인 듯한 것을 시사한다. 콜리박틴이 그런 케이스에서 얼마나 많은 역할을 할 수 있을는지 또 미생물군의 어떤 다른 성분이 장암 초기 단계와 관련이 있는지를 밝히기 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것이다.

장의 고위험 박테리아 줄일 방법 찾아야
금연․체중 유지․섬유질 섭취․적색육과 가공육 줄이기 지침 도움
후브레이트 연구소의 그랜드 챌린지 프로그램 공동 연구가인 한스 클레버스 교수는 다음과 같이 말했다. “담배나 자외선 같은 것이 독특한 패턴의 DNA 손상을 야기하는 것은 알려져 있는데, 그런 지문들은 암을 유발한 듯한 과거의 노출에 대해 우리에게 많은 것을 말해줄 수 있다. 그러나 그런 특이한 패턴의 DNA 손상을 우리의 장에 기생하는 박테리아가 유발한 장암에서 발견한 것은 이번이 처음이다.”
더 나아가서 장의 내피 세포에 있는 콜리박틴과 관련이 있는 DNA 손상 지문과 같은 것들을 찾는 것이 장암 발생 위험이 높은 사람을 파악하는데 사용될 수가 있을 것이다.

리즈 대학교의 그랜드 챌린지 프로그램 공동 연구가인 필립 쿼크 교수는 이렇게 설명했다. “우리 목표는 장암 원인을 밝히는 것이고 따라서 콜리박틴의 역할을 발견한 것은 중요한 한 걸음이다. 그랜드 챌린지 팀으로 이제 우리는 다른 박테리아들과 장암과 관련이 있는 그들의 독소를 찾고 있고, 우리는 더 많은 DNA 손상 지문들을 확인해서 위험 요인들을 더 잘 설명하려고 한다. 그 다음에 우리는 장에 있는 고위험 박테리아를 줄일 수 있는 방법을 생각해낼 필요가 있을 것이다. 그러나 그것은 모두 다 미래의 일이고 따라서 지금은 사람들이 계속해서 건강에 좋은 음식을 먹고 장암 조기 검진을 받아야만 하는 것이다.”

환자로 그랜드 챌린지 프로그램을 옹호하는 존 반즈는 다음과 같이 말했다. “나는 암 생존자로서 내가 겪은 일을 다른 사람들이 겪는 것을 원하지 않는다. 아직 치료가 가능한 조기 단계에서 장암을 발견하는 것은 수천 명의 목숨을 구해낼 잠재력이 있다. 이런 훌륭한 연구는 나에게 미래에는 사람들이 장암으로 고통을 받지 않을는지도 모른다는 희망을 준다.”

영국 암 연구 재단의 건강정보 담당 선임 매니저인 니콜라 스미스는 다음과 같이 말했다. “더 많은 의사들이 장암이 어떻게 발생하는지를 알고 있으면 그만큼 더 잘 장암을 찾아내고 사람들이 자신들의 위험을 줄이도록 도와줄 것이다. 그런데 지금 당장 장암 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 것이 이미 있다. 금연이나 건강한 체중 유지나 섬유질은 풍부하고 적색육과 가공육은 적은 음식을 먹는 것이 모두 다 도움이 될 것이다. 또 해당되는 사람은 장 조기 검진을 받는 것이 초기 단계에 장암을 찾아내는 데 도움이 될 것이다.”

참조:
C. Pleguezuelos-Manzano et al., "Mutational signature in colorectal cancer caused by genotoxic pks E. coli" Nature. 2020 Feb 27. doi: 10.1038/s41586-020-2080-8.