대장암에 영향을 주는 박테리아, 인돌리민
인간의 장에 흔한 1가지 미생물이 대장암 발생에 주요한 역할을 수행하는 것으로 의심받고 있다. 대장암은 전 세계적으로 2번째로 치명적이고 3번째로 흔한 암으로 매년 200만 명이 진단을 받고 100만 명이 사망한다.

예일 대학교의 연구진은 최근에 일단의 지원자들에게서 박테리아인 모르가넬라 모르가니균의 일부 변종이 인간의 DNA에 유독한 인돌리민이라는 분자를 생산하는 것을 발견했다. 실험실에서 연구진은 그런 물질들이 생쥐에게서 종양을 유발하는 것을 입증했다.

인간은 인간의 세포(30조)보다 더 많은 박테리아 세포(38조)를 갖고 있다. 그러나 배변이 인간의 세포에 유리한 쪽으로 균형을 역전시킬 수 있다. 결장에 있는 미생물의 3분의 1이 배출되는 배변이란 행동을 통해서 인간은 숫자상으로 박테리아인 것을 벗어나서 완전한 사람이 되는 것이다. 이들 미생물은 대부분이 무해하거나 심지어는 유익하지만 어떤 놈은 질병을 유발할 수 있고, 인돌리민은 대장암에 영향을 미칠 가능성이 있다고 논문의 주저자인 노아 팜은 설명했다. 그러나 인돌리민이 정말로 원인인지를 입증하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 필요할 것이다.

유럽의 암 등록부들에 의하면 일생에 대장암에 걸릴 위험은 남성은 23명당 1명이고 여성은 25명당 1명이다. 흔한 위험 요인은 연령, 흡연, 음주, 비만, 과일은 적게 먹고 가공육은 많이 먹는 식생활이다. 궤양성 대장염이나 크론병 같은 염증성 장 질환을 가진 것도 위험을 높인다.

팜의 연구진은 수백 가지 유형의 미생물과 그들의 산물을 동시에 연구할 수 있도록 해주는 새로운 기술을 개발했다. 연구진은 염증성 질환이 있는 사람들에게 기생하는 모르가넬라 모르가니 변종들에서 이전에 알려지지 않은 인돌리민들을 발견했다. 그러나 비록 염증성 장 질환이나 대장암이 있는 환자들에게서 이 박테리아의 양이 더 많이 있기는 하지만 외관상 건강한 사람들에게도 이 박테리아가 존재했다. 건강한 사람들 장의 상피세포조차도 인돌리민 같은 이들 미생물군이 방출하는 독소로 생길 수 있는 돌연변이를 약간 갖고 있었다고 팜은 설명했다.

크기가 1mm의 1,000분의 1밖에 되지 않는 모르가넬라 모르가니는 보통 물이나 흙이나 포유동물의 장에 존재한다. 이 박테리아는 평소에는 해가 되지 않는 미생물이지만, 또한 요도 감염과 관련이 있다.

스페인의 생명공학자인 카예타노 플레게주엘로스와 네덜란드의 휴브레히트 연구소의 그의 동료들이 인간의 소화기계에 기생하는 박테리아와 암 발생을 유발하는 유전자 변형 간에 직접적인 연관성을 처음으로 밝혔다. 연구진은 대장균의 특유한 변종이 인간 세포의 DNA를 손상하는 콜리박틴이라는 해로운 분자를 생산하는 것을 관찰했다. 이는 실험실에서 만든 장 조직의 모형에서 확인되었다. 이 연구 결과는 인간들이 또 다른 미생물인 중국에서 전 세계로 퍼져나간 코로나 바이러스에 관심을 두고 있을 때인 2020년 2월 27일에 과학 학술지인 네이쳐를 통해 발표되었다.

플레게주엘로스는 이번 연구를 성원하지만 신중을 기하도록 권유했다. 그는 다음과 같이 경고했다. “우리의 장내 미생물군은 아주 복잡해서 많은 다른 종의 박테리아가 있고, 그들 간에는 상리공생 관계나 공생이나 부정적 경쟁이 있고 또 많은 다른 매개변수가 있다. 박테리아들은 인간에게서 유독한 화합물을 만들 수가 있지만 박테리아들이 어떤 이유에서인지 장의 상피세포로 가서 DNA를 손상할 수는 없는 듯하다. 이런 요인들은 생쥐를 대상으로 한 실험에서는 관찰되지 않았다.”

인체에서 박테리아는 또 다른 세계를 만들어
스페인 연구진은 예일 대학교의 새로운 기술이 다량의 박테리아와 DNA를 손상하는 그들의 능력을 평가하는 길을 열어주었다고 믿고 있다. 이스라엘의 레호보트의 와이즈만 과학 연구소의 연구진이 실시한 연구에 의하면 체중이 70kg인 사람은 인간 세포를 약 46kg 가지고 있다고 한다. 가장 무거운 세포는 근육세포와 지방세포이다. 38조 개의 박테리아는 무게가 약 200g밖에 안 되지만 엄청나게 복잡한 (작은) 우주를 구성하고 있다. 다른 효소 반응을 수행하는 그들의 능력은 엄청나지만, 그런 것을 대부분 우리는 모른다고 플레게주엘로스는 말했다.

이 스페인의 생명공학자는 인간 DNA를 손상하는 모든 작인은 돌연변이 서명이라는 특유한 형태의 돌연변이를 유발한다고 설명했다. 플레게주엘로스와 그의 동료들은 유해한 대장균 변종들의 돌연변이 서명을 확인했고 분석한 대장암 환자 중 5%가 넘는 환자들에게서 그런 특징적인 흔적이 있는 것을 발견했다. 이에 비해 다른 유형의 종양에서는 그런 흔적이 0.1%만 발견되었다. 믈론 이런 수치를 - 다른 인구집단에 대한 추가적인 연구가 이루어질 때까지는 - 액면대로 받아들이지 말아야만 하겠지만 그런 수치가 문제의 중대함에 대한 대체적인 윤곽은 보여준다. 즉 연간 200만 건의 5%는, 해로운 대장균 변종의 돌연변이 서명을 가진 대장암 환자가 10만 명이나 되는 것을 의미하는 것이다.

팜 박사는 대장암은 대부분의 케이스가 가족력이 없는 사람들에게서 발생하는 것을 지적했다. 그러니 대부분의 대장암 케이스는 미생물군을 포함한 환경적 요인들이 핵심적인 역할을 수행하는 것이 된다. 그러나 다른 환경적 요인들에 비해 미생물군의 상대적인 중요성을 계산하는 것은 여전히 불가능하다고 그는 설명했다. 당장에는 미생물군이 유발하는 DNA 손상을 방지하는 구체적인 치료 방법이 없기는 하지만 그런 독소를 발생하는 미생물들을 무력화하거나 심지어는 제거하는 치료 방법들이 개발될 수가 있을 것이다.

참조:
Y. Cao et al., "Commensal microbiota from patients with inflammatory bowel disease produce genotoxic metabolites" Science. 2022 Oct 28;378(6618):eabm3233. doi: 10.1126/science.abm3233.