종양에도 박테리아 혼합물이 여러 가지 존재
구글에서 종양의 모습을 검색해보면 아마도 단조로운 배경의 건강한 조직에 밝은 색깔의 암세포 무리가 있는 이미지를 마주하게 될 것이다. 그러나 이스라엘의 와이즈만 과학 연구소의 암 생물학자인 리안 나룬스키 하지자에게는 그런 사진의 모습은 아주 다르다. 종양도 수십 개의 종을 대변하는 수백만 개의 미생물을 담고 있는 듯하다. 나는 그게 하나의 생태계라고 생각한다고 그녀는 말했다. 이는 암세포들이 홀로 존재하는 것이 아닌 것을 의미한다고 그녀는 덧붙여 말했다.

과학자들은 우리 몸에 미생물들이 살고 있는 것을 오래전부터 알고 있었지만, 종양이 마치 무균상태인 것처럼 취급하는 경향이 있었다. 그러나 근년에 연구가들은 그런 생각을 내려놓고 종양이 미생물로 가득한 것을 증명했다. 2020년에 몇 개 연구진은 종양에 박테리아의 혼합물이 갖가지로 존재하는 것을 밝혔다.

지난 9월 29일에 학술지인 세포에 게재된 2건의 논문은 또 종양에는 많은 종의 곰팡이가 기생하는 것도 발견했다. 소위 말하는 이런 종양 미생물군계는 암의 유형에 따라 너무나 특이해서 어떤 과학자들은 그런 미생물들이 핏속으로 흘리는 미생물의 DNA를 측정해서 숨어있는 종양의 초기 징후를 발견하려는 기대를 하고 있다. 어떤 연구는 미생물들이 종양을 더 공격적으로 만들거나 치료에 내성을 갖도록 만드는 듯한 것을 시사한다. 그게 만약 사실로 밝혀진다면 종양과 함께 종양의 미생물군계를 공격해서 암과 싸우는 것이 가능할는지도 모른다. 우리는 종양의 미생물군계라는 렌즈를 통해 암에 대해 우리가 알고 있는 거의 모든 것을 재평가할 필요가 있다고 와이즈만의 암 생물학자로 2건의 논문 중 1건을 나룬스키 하지자와 함께 공동 연구한 라비드 스트라우스만은 말했다.

지난 20년 동안 과학자들은 구강 면봉 채취물이나 피부 찰과 표본이나 대변 속에 있는 미생물 DNA를 찾아서 인체 내의 미생물들을 도표로 만들었다. 그런 조사로 약 38조 개 세포가 있는 건강한 사람에게는 수천 가지 종의 미생물이 해를 끼치지 않으면서 사는 것을 확인했다. 그래서 이전에는 무균상태로 여겨지던 많은 장기가 자체적으로 미생물군계를 가진 것으로 드러났다. 연구가들이 건강한 미생물군계를 연구하지만, 암은 여전히 대체로 미지의 땅으로 남아있다. 종양을 구성하는 수백만 개의 세포가 미생물들이 살 수 있을는지도 모르는 또 다른 서식지를 제공해주는지는 아무도 몰랐다.

암 종양 속에 여러 종류 박테리아를 발견
2017년에 스트라우스만 박사와 그의 동료들은 췌장 종양 속에 사는 박테리아를 우연히 발견했다. 그들은 어떤 암은 어떻게 화학요법 약물에 내성을 갖게 되는 지 생각하다가 그런 발견을 하게 되었다. 그런 약물을 차단할 수도 있는 일종의 박테리아가 췌장 종양 내부에 사는 것으로 드러난 것이다. 그런 발견을 계기로 그들은 7가지 종류의 암의 1,000개가 넘는 종양 속에 있는 박테리아에 대해 대규모 조사를 하게 되었다. 2020년에 그들은 7가지 종류의 모든 암에 박테리아가 잠복하고 있는 것을 발견했다고 보고했다.

비슷한 시기에 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 연구진이 2000년도 초에 다른 유형의 암에서 수집한 방대한 DNA 데이터베이스를 사용해서 또 다른 조사를 실시했다. 암 게놈 지도라 불리는 이 프로젝트는 암세포가 제멋대로 자라도록 만드는 종양 유전자들 속에서 과학자들이 돌연변이들을 찾도록 도와주는 것이 목적이었다. 그러나 샌디에이고의 연구진은 (최초에 수집한) 원자료도 종양 속의 박테리아의 DNA를 포함하고 있을는지도 모르는 것을 알게 되었다. 유감스럽지만 그런 박테리아 DNA 조각들을 찾아내려면 지도에 있는 6조 개의 유전자 조각을 모두 면밀하게 조사해야 하는 것을 의미했다. 그건 마치 은하수의 별보다 더 많은 수의 건초 지푸라기가 있는 건초 더미에서 바늘을 찾으려는 것과 같다고 연구진의 일원인 그레고리 세피치-푸어가 말했다. 그 조사는 몇 년이 걸렸지만, 성과를 얻었다. 세피치-푸어 박사와 그의 동료들은 32가지 유형의 암에 있는 DNA 조각 중 약간은 인간의 것이 아니라 박테리아의 것인 것을 발견한 것이다. 연구진은 2020년에 그들의 연구를 발표한 후 종양에 곰팡이도 있는지를 알아보기 위해 스트라우스만의 연구진과 손을 잡았다.

곰팡이류는 진화 역사에 있어서 큰 성공을 거둔 사례 중 하나로 620만 종이 있는 것으로 추산된다. 곰팡이류에는 숲에서 자라는 버섯이나 빵과 맥주를 발효시키는 이스트나 페니실린을 선사한 곰팡이가 포함된다. 모든 곰팡이류가 공유하는 특징은 먹는 방법이다. 즉 곰팡이류는 효소를 뿜어내어 가까이 있는 유기물을 분해해서 빨아들인다. 또 곰팡이는 온갖 극한상황에서도 수년 동안 살아남을 수 있는 다량의 포자를 만들어낼 수 있다. 우리는 피부에 묻은 포자를 만지거나 곰팡이가 편승한 음식을 먹든지 해서 끝없이 곰팡이에 노출된다. 대부분의 곰팡이는 우리 몸에 자리를 잡지는 않고 많은 것이 그냥 지나가 버린다고 뉴욕의 웨일 코넬 의대의 면역학자인 일리얀 일리에브가 말했다.

그러나 일부 종은 우리 몸속에 사는 데 적응했다. 피부 곰팡이는 우리가 만드는 기름(피지)을 분해한다. 다른 것들은 우리의 입이나 소화관에 있는 설탕을 먹고 산다. 과학자들은 또 우리 몸속에 사는 다른 곰팡이들을 발견했지만 그들의 생태에 대해서는 모른다. 우리는 정말로 아는 게 많지 않다고 일리에브 박사는 말했다.

종양에 서식하는 곰팡이도 있어
샌디에이고와 와이즈만의 연구원들은 박테리아를 찾아내던 것과 같은 방법으로, 암 게놈 지도에 있는 DNA 조각들의 은하수 속으로 뛰어 들어가서, 종양 속의 곰팡이들을 뒤져서 찾았다. 이번에는 그들은 곰팡이의 유전자를 찾았다. 그들은 또 스트라우스만 박사가 수집한 종양들도 조사했다. 이들 과학자는 35가지 다른 유형의 암의 종양을 조사했는데 그들이 조사한 모든 유형의 종양이 곰팡이를 갖고 있었고 개개의 유형이 독특한 조합의 곰팡이 종류를 갖고 있었다. 다른 보고서에서 일리에브 박사와 그의 동료들은 독립적으로 인체의 7개 부위 즉 입, 식도, 위, 결장, 직장, 유방, 폐의 종양에서 곰팡이를 발견했다.

뉴욕 대학교의 미생물 생태학자로 언급한 2건의 연구에 관여하지 않은 디파크 삭세나는 그런 발견의 규모에 놀랐다. 그는 이렇게 말했다. “나는 암에 그 정도로 많은 양의 곰팡이가 있는 것은 예상하지 못했다. 이는 그것에 대한 우리의 생각을 바꾸게 될 것이다.”

세피치-푸어 박사와 샌디에이고의 그의 동료 중 일부는 자신들의 연구를 암을 찾아내는 혈액검사로 개발하기 위해 Micronoma라는 회사를 설립했다. 그들은 종양 속에서 곰팡이와 박테리아가 뿌리는 DNA를 살펴보고 미생물들이 어떤 종류의 암에서 나온 것인지를 정확하게 예측할 수 있다고 말했다. 그들은 그런 검사가 왜 효과가 있는지는 알지 못한다. 부분적으로 위치에서 그 이유를 찾을 수 있을지도 모른다. 예를 들면 폐종양은 이미 폐에 있는 미생물들을 끌어들이기가 쉬울 것이기 때문이다. 그러나 어떤 미생물들은 어떻게 해서든지 다른 기관으로 이동해서 종양으로 들어간다. 산소의 수준 같은 종양 내부의 특유한 화학적 성질이 어떤 미생물이 그곳에서 번창할지를 결정하는 데 도움을 주는 것일는지도 모른다.

암을 악화시키는 미생물 존재해
언급한 2건의 새로운 연구는 암의 결과가 악화하는 것과 관련이 있는 듯한 미생물들을 발견했다. 예를 들면 일리에브 박사와 그의 동료들은 만약 종양이 칸디다 트로피칼리스라는 종의 곰팡이를 갖고 있으면 환자가 위암으로 사망할 가능성이 더 큰 것을 발견했다. 어떤 미생물들은 그냥 종양 속에 자리를 잡을 뿐만 아니라 종양이 자라도록 도와주기도 하는 듯하다. 그들은 종양을 면역체계로부터 숨겨주어 약물을 중화시키거나 종양이 몸속에서 전이하도록 도와주는 듯하다.

텍사스 A&M 대학교의 미생물학자로 이들 새로운 연구에 참여하지 않은 제시카 갈로웨이-페나는 이들 연구만으로는 미생물이 어떤 영향을 미치는지를 확증할 수 없을 것이라고 경고했다. 과학자들이 실험실이나 동물실험에서 암세포에 대한 실험을 실시할 필요가 있을 것이다. 갈로웨이-페나는 다음과 같이 의문을 제기했다. “미생물이 특정한 유형의 종양과 관련이 있다고 치자. 그러나 그게 미생물이 종양과 함께 오붓하게 사는 것을 의미하지는 않는다. 만약 그렇지 않다면 미생물이 정말로 종양이 더 커지고 진행하도록 만드는가? 현재로는 아무도 그걸 알지 못한다.”

참고:
1. A. B. Dohlmanet al., "A pan-cancer mycobiome analysis reveals fungal involvement in gastrointestinal and lung tumors" Cell. 2022 Sep 29;185(20):3807-3822.e12. doi: 10.1016/j.cell.2022.09.015.
2. L. Narunsky-Haziza et al., "Pan-cancer analyses reveal cancer-type-specific fungal ecologies and bacteriome interactions" Cell. 2022 Sep 29;185(20):3789-3806.e17. doi: 10.1016/j.cell.2022.09.005.
3. D. Nejiman et al., "The human tumor microbiome is composed of tumor type–specific intracellular bacteria" Science. 2020 May 29;368(6494):973-980. doi: 10.1126/science.aay9189.
4. G. D. Poore et al., "Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach" Nature. 2020 Mar;579(7800):567-574. doi: 10.1038/s41586-020-2095-1.