알고 보면 상부상조…유전자 주고받는 항생제 내성균의 비밀 [와우! 과학]

우리는 거친 세상을 살아가기 위해 서로 돕고 살아간다. 동물이나 식물도 예외는 아니라서 같은 종끼리 뭉쳐 다니거나 혹은 전혀 다른 종끼리 공생 관계를 이루며 살아간다. 우리 눈에 보이지 않는 작은 세균도 마찬가지다. 거친 외부 환경을 이겨내기 위해 세균들은 서로 뭉쳐 생물막을 형성한다. 그리고 의외의 사실이지만, 서로의 부족함도 채워준다.

세균은 하나가 두 개가 되는 분열법을 통해서 번식하는 데, 중간에 DNA 복제가 잘못되면 그 세포의 후손들은 모두 잘못된 DNA 복사본을 물려받게 된다. 이런 일이 누적되면 결국 모든 세균이 손상된 DNA를 지니게 된다. 이 문제를 극복하기 위해 세균들은 서로 DNA를 주고받는다. 문제는 이 과정에서 손상된 DNA 이외에 항생제 내성 유전자 같은 생존에 필요한 다른 유전자도 공급받는다는 것이다.

항생제 내성 문제는 이미 심각한 수준이지만, 갈수록 더 심각해지고 있다. 인간이 항생제를 개발하는 속도보다 세균이 내성을 키우는 속도가 빨라지고 있는 데다 앞서 말한 것처럼 세균들이 서로 상부상조를 하면서 항생제 내성을 공유하고 있기 때문이다. 따라서 과학자들은 항생제 내성 유전자 공유 과정을 연구해 이를 막기 위해 노력하고 있다.

영국 임페리얼 칼리지 런던 요나츠 파트코우스키가 이끄는 연구팀은 흔한 장내 미생물인 대장균의 항생제 내성 유전자 전달 과정을 연구했다. 대부분의 대장균은 무해하지만, 일부 병원성 균주의 경우 심각한 질병의 원인이 된다. 더구나 최근에는 병원성 대장균 역시 여러 항생제에 대한 내성을 지니고 있다. 대장균이 항생제 내성 유전자를 서로 주고받기 때문이다.

연구팀은 항생제 내성균 교환이 어떤 환경에서 잘 일어나는지 조사했다. 기본적으로 항생제 내성 유전자를 포함한 세균의 유전자 교환은 몸통에서 나온 가느다란 실 같은 선모(pilus, 복수형 pili)에 의해 일어난다. 선모가 서로 붙어 통로가 만들어지면 여기로 한 가닥의 DNA가 전달된 후 복사되는 방식이다. 과학자들은 이 과정이 열이나 물리적 충격에 약하다고 생각해 왔다.

하지만 연구팀은 접합 선모(F-pili)가 열에 매우 강해 섭씨 100도의 고온에서도 버틸 수 있을 뿐 아니라 생각과는 반대로 물리적 충격에 강하다는 사실을 발견했다. 더 나아가 장의 움직임에 의한 혼합이 일어나면 선모가 서로 쉽게 얽혀 유전자 교환이 더 잘 일어난다는 사실도 밝혀냈다. 예상과는 달리 활발한 장 움직임이 오히려 항생제 내성 발현에 도움을 주는 셈이다.

연구팀은 세균보다 훨씬 가느다란 선모가 의외로 튼튼한 이유가 인지질(phospholipid) 성분 때문이라고 보고 이를 제거한 후 다시 실험을 진행했다. 그 결과 선모는 물리적 충격과 열에 힘없이 부서졌다. 세균이 인지질을 합성하는 과정을 방해하면 항생제 내성균 교환을 억제할 수 있음을 시사하는 결과다.

물론 이 연구는 항생제 내성 유전자에 대한 기초 연구로 사실 이것만으로는 항생제 내성균 확산을 방지할 수 없다. 하지만 적을 알고 나를 알아야 백전백승이라는 이야기처럼 인류가 항생제 내성과의 전쟁에서 이기기 위해서는 항생제 내성의 발현 기전과 확산 방식에 대해서 알아야 한다. 그런 의미에서 이번 연구는 상당한 의의가 있다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com