인유두종 바이러스와 클라미디아 트라코마티스 동시 존재, 종양 진행 촉진
자궁경부암에 걸리는 환자들은 흔히 인유두종 바이러스(HPV)뿐만 아니라 동시에 박테리아 병원균인 클라미디아 트라코마티스에도 감염되어있다. 따라서 이 2가지 병원균이 일종의 원팀으로 활동해서 감염한 세포들을 변경시켜 그런 세포들이 퇴화하고 제멋대로 증식하게 만드는 것은 아닌가라는 의심을 하게 된다.

독일의 뷔르츠부르크 대학교(JMU) 미생물학과의 연구 집단의 리더인 신드릴라 춤두리 박사와 그녀의 연구진은 처음으로 단순한 의심이 아니라 확실하게 입증할 수 있는 일인 것을 밝혔다.

그들은 살아있는 것 같은 기관 복제물인 소위 3D 오가노이드를 개발해서 병원균과 병원균이 영향을 미치는 조직과 질병 과정 간의 상호작용을 조사했다. 그 연구의 주요한 결과를 요약해서 춤두리는 다음과 같이 말했다. “우리 연구는 오가노이드 모델을 사용해서 복합적인 감염의 위험을 밝힌다. 그 모델들은 잠재적으로 조직을 변경시켜 암 발생을 일으키는 독특한 세포 미세환경을 만들어낸다.”

그렇게 하기 위해 감염병 생물학자가 건강한 기증자들의 세포를 이용해서 자궁경부의 생리학적 오가노이드 모델을 만들었다.

특히 이 연구는 2가지 조직 유형에 초점을 맞추었다. 첫 번째는 소위 외자궁경부로 질로 뻗어있는 자궁경부 점막이 있는 부위이다. 두 번째는 내자궁경부로 더 속에서 자궁경부를 덮고 있는 점막이 있는 부위로 자궁과 연결된다. 이들의 가장 중요한 임무는 병원균이 자궁으로 침입하는 것을 막아서, 여성의 상부 생식관을 무균상태로 유지하는 것을 돕는 것이다.

춤두리가 이 2가지 유형의 조직에 특별히 관심을 갖는 이유는 무엇인가? 그녀는 다음과 같이 부언했다. “외자궁경부와 내자궁경부가 합쳐지는 부위가 이행 부위가 되고 그곳에 특히 감염이나 종양이 생기기 쉽다. 대부분의 자궁경부암에 그곳에서 생긴다.”

여성 일생동안 80% 이상 인유두종 바이러스 감염되지만 암 발생 2%
병원균인 인유두종 바이러스와 클라미디아 트라코마티스에 초점을 맞추는 타당한 이유도 있다. 즉 이들 병원균이 성병을 유발하는 가장 흔한 병원균들이기 때문이라고 논문의 제1 저자 중 한명인 스테파니 코스터 박사가 말했다. 인유두종 바이러스가 암을 유발할 수 있는 것은 오래 전에 입증되었다. 그런 이유로 2007년부터 독일에서는 소녀들이 자궁경부암을 예방하는 백신을 맞을 수 있게 되었고 지금은 소년들도 맞을 수가 있다.

실제로 모든 자궁경부암의 90% 이상에서 바이러스의 DNA가 발견된다. 그러나 여성들은 일생동안 80% 이상이 인유두종 바이러스에 감염은 되지만 암이 생기는 경우는 2%도 안 되는 사실에서 보듯이 바이러스가 유일한 범인은 아니다. 따라서 클라미디아 트라코마티스에 동시 감염되는 것이 악성 조직을 형성시키는 주요한 공동인자인 것으로 여겨지는 것이다. 그러나 그런 동시 감염의 동역학과 기초가 되는 메커니즘은 거의 알려지지 않았다고 논문의 또 다른 제1저자인 라젠드라 쿠마르 구루무르티 박사가 말했다.

문제는 종양 바이러스는 종양에서 그 DNA가 발견되는데 이와 달리 암과 관련된 박테리아는 암 세포에 탐지할 수 있는 구성분자를 남기는 경우가 드물다는 것이라고 춤두리가 설명했다. 그런데도 불구하고 박테리아를 암 발생과 연관짓기 위해서는 세포들에 병리학적 변화를 유발하는 세포 과정과 돌연변이 과정을 찾아내는 것이 필요하다.

이제 춤두리의 연구진은 그들이 개발한 오가노이드에서 이같은 과정을 체계적으로 규명했다. 그 결과는 우리 연구가 인유두종 바이러스와 클라미디아 트라코마티스가 숙주의 세포를 독특하게 재편하는 것을 밝힌 것이라고 춤두리는 계속해서 설명했다. 몇 가지 유전자는 이 2가지 병원체에 의해 상향 조절되거나 하향 조절되며 그것이 독특한 면역반응과 관련이 있다. 특히 병원균들이 DNA 손상 수리를 책임지고 있는 모든 유전자 무리에 영향을 미친다.

전체적으로 이번 연구 결과는 줄기세포 내에 인유두종 바이러스와 클라미디아 트라코마티스가 동시에 존재하는 것이 세포와 유전체의 안정에 나쁜 영향을 미쳐 종양의 진행을 촉진할 수가 있는 것을 보여준다. 동시에 이번 연구는 춤두리 박사의 연구 집단이 개발한 자궁경부를 본뜬 3D 오가노이드가 - 흡사한 생리학적 조건에서 약물을 테스트하는 것을 포함해서 - 자궁경부 생물학의 여러 측면을 연구하는 데 적합하다는 최초의 증거를 제시한다. 따라서 그런 오가노이드를 만들고 유전학적으로 조작하는 가능성이 믿을만한 전임상 환경에서 만성 감염의 발생과 진행과 결과를 연구하는 새로운 길을 열어준 셈이다.

참조: S. Koster et al., "Modelling Chlamydia and HPV co-infection in patient-derived ectocervix organoids reveals distinct cellular reprogramming" Nat Commun. 2022 Feb 24;13(1):1030. doi: 10.1038/s41467-022-28569-1.