약물에 대한 장내 미생물 군집의 회복력
많은 인간 약물은 우리의 장내 미생물군을 구성하는 박테리아의 성장을 직접 억제하고 기능을 변화시킬 수 있습니다. EMBL 하이델베르크 연구원들은 이제 박테리아가 군집을 형성할 때 이 효과가 감소한다는 것을 발견했습니다.
최초로 실시된 연구에서 EMBL 하이델베르크의 Typas, Bork, Zimmermann, Savitski 그룹의 연구원과 Kiran Patil(영국 케임브리지의 MRC Toxicology Unit), Sarela Garcia-Santamarina(포르투갈의 ITQB), André Mateus(스웨덴 우메오 대학교), Lisa Maier, Ana Rita Brochado(독일 튀빙겐 대학교)를 포함한 많은 EMBL 동문은 고립된 상태에서 배양한 박테리아와 복잡한 미생물 군집의 일부인 박테리아 간의 많은 수의 약물-미생물 군집 상호 작용을 비교했습니다. 이들의 연구 결과는 최근 저널 Cell 에 게재되었습니다.
이 연구에서 연구팀은 30가지의 다른 약물(감염성 또는 비감염성 질환을 표적으로 하는 약물 포함)이 32가지의 다른 박테리아 종에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 이 32가지 종은 5개 대륙에서 사용 가능한 데이터를 기반으로 인간 장내 미생물 군집을 대표하는 것으로 선택되었습니다.
그들은 함께 있을 때 특정 약물 내성 박테리아가 약물에 민감한 다른 박테리아를 보호하는 공동 행동을 보인다는 것을 발견했습니다. 이 '교차 보호' 행동은 그러한 민감한 박테리아가 격리되었다면 그들을 죽였을 약물이 있는 커뮤니티에서 정상적으로 자랄 수 있게 합니다.
"우리는 그렇게 큰 회복력을 기대하지 않았습니다."라고 Typas 그룹의 전 포스트닥이자 이 연구의 공동 1저자이며 현재 포르투갈 리스본 노바 대학의 Instituto de Tecnologia Química e Biológica(ITQB)에서 그룹 리더를 맡고 있는 Sarela Garcia-Santamarina가 말했습니다. "단독으로 성장했을 때 약물에 영향을 받은 박테리아 종의 최대 절반이 지역 사회에서는 영향을 받지 않은 것을 보고 매우 놀랐습니다."
연구자들은 그런 다음 이 교차 보호의 근간이 되는 분자 메커니즘을 더 깊이 파고들었습니다. "박테리아는 약물을 흡수하거나 분해함으로써 서로를 돕습니다." Bork Group의 연구원 과학자이자 이 연구의 공동 1저자인 Michael Kuhn이 설명했습니다. "이러한 전략을 각각 생물 축적과 생물 변형이라고 합니다."
"이번 연구 결과는 장내 박테리아가 이전에 생각했던 것보다 약물을 변형하고 축적할 수 있는 더 큰 잠재력을 가지고 있다는 것을 보여줍니다." EMBL 하이델베르크의 그룹 리더이자 연구 협력자 중 한 명인 Michael Zimmermann의 말입니다.
그러나 이 커뮤니티 강도에는 한계도 있습니다. 연구자들은 높은 약물 농도가 미생물 군집을 붕괴시키고 교차 보호 전략이 '교차 감작'으로 대체되는 것을 보았습니다. 교차 감작에서 특정 약물에 일반적으로 내성을 갖는 박테리아가 커뮤니티에 있을 때 해당 약물에 민감해집니다. 이는 저자들이 낮은 약물 농도에서 일어나는 일과 반대입니다.
"이것은 개별 커뮤니티 구성원이 민감한 종을 보호할 수 있기 때문에 낮은 약물 농도에서도 커뮤니티 구성이 강력하게 유지된다는 것을 의미합니다." EMBL 그룹 리더이자 연구의 수석 저자인 나소스 티파스가 말했습니다. "하지만 약물 농도가 증가하면 상황이 역전됩니다. 더 많은 종이 약물에 민감해지고 교차 보호 능력이 떨어질 뿐만 아니라 부정적인 상호 작용이 나타나 추가 커뮤니티 구성원을 민감하게 만듭니다. 우리는 미래에 이러한 교차 민감화 메커니즘의 본질을 이해하는 데 관심이 있습니다."
연구자들은 그들이 연구한 박테리아와 마찬가지로 이 연구를 위해 커뮤니티 전략을 취하여 과학적 강점을 결합했습니다. Typas Group은 고처리량 실험 미생물군과 미생물학 접근 방식의 전문가이고, Bork Group은 생물정보학 분야의 전문 지식을 제공했으며, Zimmermann Group은 대사체학 연구를 수행했고, Savitski Group은 프로테오믹스 실험을 수행했습니다. 외부 협력자 중에서 영국 케임브리지 대학교 의학 연구 위원회 독성학 부서의 EMBL 동문 Kiran Patil의 그룹은 장내 박테리아 상호 작용과 미생물 생태학 분야의 전문 지식을 제공했습니다.
미래지향적인 실험으로서, 저자들은 교차 보호 상호작용에 대한 이 새로운 지식을 사용하여 약물 치료 후에도 구성을 그대로 유지할 수 있는 합성 커뮤니티를 조립했습니다.
"이 연구는 약물이 우리의 장내 미생물군에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위한 발판입니다. 앞으로 이 지식을 사용하여 약물의 부작용을 줄이기 위한 처방을 맞춤화할 수 있을 것입니다." EMBL 하이델베르그의 그룹 리더이자 이사인 피어 보크가 말했습니다. "이 목표를 위해 우리는 또한 종간 상호작용이 영양소에 의해 어떻게 형성되는지 연구하여 박테리아, 약물 및 인간 숙주 간의 상호작용을 이해하기 위한 더 나은 모델을 만들 수 있습니다." 파틸이 덧붙였습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240924165734.htm
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