개 몸 안에 사는 대장균(E. coli)에서 일부 유전자군이 고유 기능을 잃고 새 기능을 획득해 여러 계열의 항균제 효과를 떨어뜨리고 내성을 획득하는 메커니즘이 발견됐다.

미국 코넬대 로라 굿맨 교수팀은 17일 미국 미생물학회(ASM) 학술지 응용·환경 미생물학(Applied and Environmental Microbiology)에서 아픈 개에서 분리한 내성 대장균의 게놈을 분석, 원기능을 상실한 유전자군이 용도가 바뀌면서 세포막에 항생제를 가둬 안으로 침투하지 못하게 하는 현상을 확인했다고 밝혔다. 연구팀은 이 연구는 동물과 인간 공통 감염병을 치료할 수 있는 치료법 개발을 위한 새로운 경로를 제시하고, 개의 임상 감염을 공중 보건을 위한 감시 기법으로 활용할 수 있는 가능성을 보여주는 것이라고 말했다.

항균제 내성 대장균 감염은 전 세계적으로 주요 사망 원인이 되고 있으며 반려견은 주인과 유사한 대장균 균주를 공유하는 경우가 많고 유사한 항생제로 치료받는다는 점에서 관심 대상이 돼 왔다. 공중보건 전문가들은 특히 중요 감염병 치료제인 세팔로스포린과 퀴놀론 등 3세대 항생제가 반려견 등에 오·남용되는 것에 대해 우려하고 있다.

연구팀은 이 연구에서 미국과 캐나다 전역의 아픈 개에서 수집한 대장균 1천 개 이상의 게놈 분석과 진화적 선택 테스트를 통해 쓸모가 없어지고 기능을 잃은 일련의 유전자군(gene cluster)이 대장균의 항균제 내성(AMR) 획득과 큰 연관성이 있다는 사실을 발견했다. 원래 기능을 상실한 이 유전자군은 용도가 바뀌면서 항생제를 감싸는 캡슐 단백질을 만들고 이를 대장균 세포막에 가두는 방식으로 항생제가 대장균 안으로 침투하지 못하게 만드는 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 또 사람 감염에 대한 병원·공공 감시 데이터를 분석한 결과 개 대장균에 있는 변이가 사람을 감염시킨 대장균과 폐렴간균(Klebsiella)에도 많은 것으로 나타났다고 밝혔다.

굿맨 교수는 "캡슐 단백질이 항생제를 가두는 것으로 용도가 변경된 것은 진화의 우연한 사건으로 생각된다"며 "이는 유전자에 원래 목적과 관련이 없는 새로운 표현형이 부여되는 '기능 상실 변이'가 일어난 것으로 보인다"고 설명했다.

연구팀은 앞으로 대장균 막 채널의 구멍이 닫히는 것을 막아 항생제가 내부로 자유롭게 들어갈 수 있게 하는 신약 표적을 탐색할 수 있을 것이라며 이 연구는 반려견 건강 개선에 도움이 될 뿐 아니라 개가 인간 건강을 위한 중요 모델이 될 수 있음을 보여준다고 말했다.

◆ 출처 : Applied and Environmental Microbiology, Laura Goodman et al., 'Evolutionary genomic analyses of canine E. coli infections identify a relic capsular locus associated with resistance to multiple classes of antimicrobials', https://doi.org/10.1128/aem.00354-24