발 밑의 흙이 인간의 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지

토양은 생각보다 항생제 내성 확산에 훨씬 더 큰 역할을 합니다.

놀랍게도 우리 발 밑에는 박테리아가 항생제에 저항할 수 있도록 하는 작은 코드인 항생제 내성 유전자(ARG)가 가득합니다. 오염 및 토지 이용 변화와 같은 인간 활동은 토양 생태계를 교란하고 저항성 유전자가 토양 박테리아에서 전달되어 인간을 감염시키기 쉽게 만듭니다.

토목 및 환경 공학 조교수인 Jingqiu Liao는 최근 Nature Communications에 발표된 연구를 통해 토양 박테리아가 증가하는 항생제 내성 문제에 어떻게 기여하는지 이해하는 임무를 맡고 있습니다. 그녀 팀의 연구 결과에 따르면 박테리아가 이러한 저항성 유전자를 획득하면 다른 종에게도 빠르게 전염될 수 있으며 이는 공중 보건에 매우 시급한 위협이 됩니다.

이러한 패턴을 이해하면 과학자들은 항생제 내성의 확산을 통제하고 인간의 건강을 보호하며 미래 세대를 위해 항생제의 효과를 보존하는 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

토양의 항생제 내성이 중요한 이유

토양은 단순한 흙이 아닙니다. 박테리아로 가득 찬 분주한 생태계입니다. 이들 박테리아 중 일부는 자연적으로 ARG를 운반하여 항생제와 싸우는 데 도움이 됩니다. 처음에는 별것 아닌 것처럼 보일 수도 있지만, 이러한 ARG가 결국 인간을 감염시키는 해로운 박테리아에 감염되면 위험해집니다.

그러한 박테리아 중 하나가 Listeria monocytogenes입니다. 이 토양 거주자는 먹이 사슬에 침투하여 리스테리아증이라는 심각한 질병을 일으킬 수 있습니다. 면역 체계가 약한 사람들에게 리스테리아증은 치명적일 수 있으며 치사율은 20~30%에 이릅니다. ARG를 확산시키고 인간을 감염시킬 수 있는 능력 때문에 리스테리아는 토양에서 항생제 내성이 어떻게 발생하고 다른 환경으로 확산되는지 연구하는 데 중요한 모델입니다.

"토양은 저항성 박테리아와 ARG의 중요한 저장소입니다."라고 Liao는 말했습니다. "환경적 요인은 박테리아 사이에서 이러한 유전자의 생존, 확산 및 교환을 촉진하는 조건을 만들어 ARG를 증폭시킬 수 있습니다. 토양에서 ARG의 역학을 뒷받침하는 생태학적 및 진화 메커니즘은 아직 제대로 탐구되지 않았습니다. 이 프로젝트에서 우리는 리스테리아를 핵심 모델로 사용합니다. 토양에서 ARG의 출현과 발달을 이해합니다."

리스테리아를 사용하여 저항성 연구

Liao의 팀에는 다음과 같은 여러 학생이 포함되어 있습니다.

• 잉시안 고(Ying-Xian Goh) 박사과정 학생이자 주저자
• Amy Pruden, 대학 석좌 교수, 토목 및 환경 공학
• Leigh-Anne Krometis, 생물 시스템 공학 교수
• Hailong Zhang, 조교수, 비즈니스 정보 기술
• Monica Ponder, 식품 과학 및 기술 교수

연구자들은 전국적인 데이터 세트에 대한 포괄적인 인구 유전학 및 생태학적 분석을 수행하기 위해 계속 협력할 것입니다. 그룹의 이전 연구를 기반으로 하는 이 프로젝트는 버지니아 공과대학의 신흥, 동물원성 및 절지동물 매개 병원체 학제간 팀 구축 파일럿 보조금 센터의 자금 지원을 받습니다.

"Virginia Tech는 이 연구를 지원하고 활성화하는 데 중추적인 역할을 했습니다."라고 Goh는 말했습니다. "학문간 연구에 대한 대학의 헌신은 혁신을 고무하고 이와 같은 영향력 있는 연구를 촉진하는 환경을 조성합니다."

Nature Communications 팀 구성원은 Nature Microbiology에 발표된 이전 연구에서 Liao가 수집한 토양 샘플에서 약 600개의 리스테리아 게놈을 분석했습니다. 그들은 미국 전역에서 5개의 주요 ARG를 확인했습니다.

이 연구는 또한 ARG가 박테리아 사이에 어떻게 퍼지는지도 밝혀냈습니다. 형질전환이라는 과정을 통해 박테리아는 주변 환경에서 ARG를 포함하는 느슨한 DNA 조각을 집어낼 수 있습니다. 박테리아가 이러한 유전자를 획득하면 이를 다른 종, 심지어 다른 종에게도 전달할 수 있습니다. 이러한 저항성 유전자의 급속한 공유는 항생제 저항성이 그토록 어려운 문제가 되는 주된 이유입니다.

연구팀은 리스테리아가 단순한 토양 박테리아가 아니라 항생제 내성을 이해하는 데 중요한 역할을 한다는 점에서 리스테리아에 초점을 맞췄습니다. ARG가 리스테리아와 같은 토양 박테리아에 어떻게 확산되는지 연구하면 과학자들은 저항성이 어떻게 생태계를 통해 발달하고 이동하는지에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

Liao는 "임상 리스테리아 사례의 저항성은 현재 낮지만, 이 박테리아는 자연적으로 여러 항생제에 저항하고 다른 항생제에 대한 저항성이 증가하고 있다"고 말했습니다. "이것은 리스테리아가 광범위한 임상 문제가 되기 전에 ARG 발달을 추적하기 위한 좋은 모델이 됩니다."

토양 특성과 토지 이용이 ARG 확산을 형성하는 방법

이 연구는 또한 토양의 특성과 토지 이용이 ARG 확산에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 강조했습니다. 예를 들어:

• 알루미늄이 풍부한 토양은 더 많은 ARG 다양성을 장려합니다. 아마도 박테리아에 스트레스를 주어 저항 유전자를 유지할 가능성이 더 높기 때문일 것입니다.
• 마그네슘이 풍부한 토양은 잠재적으로 박테리아 간의 경쟁을 줄여 ARG 다양성을 낮춥니다.
• 숲이 우거진 지역은 야생 동물이 자연적으로 이러한 유전자를 환경에 도입하기 때문에 ARG가 더 많은 경향이 있습니다.
• 반면, 농업 분야는 토양의 구성과 미생물 군집을 변화시켜 리스테리아와 같은 박테리아의 ARG 다양성에 영향을 미칠 수 있습니다.

가정에서는 금속 오염을 일으킬 수 있는 폐기물을 부적절하게 처리하는 등 토양 상태를 교란할 수 있는 활동을 피하는 것이 중요합니다. Liao는 ARG와 저항성 박테리아가 존재할 가능성이 있으므로 정원 가꾸기 등 토양과 접촉한 후에도 우수한 위생 관행을 유지하는 것도 중요하다고 말했습니다.

ARG가 어떻게 확산되고 환경 요인이 이 과정에 어떻게 영향을 미치는지 밝혀냄으로써 Liao의 연구는 자연 생태계 보호의 중요성을 강조합니다. 토양을 건강하게 보존하는 것은 환경에 좋을 뿐만 아니라 미래의 의료 서비스에도 매우 중요합니다.

이 연구를 바탕으로 Liao는 항생제 내성을 제어하는 ​​새로운 전략을 찾아 항생제가 앞으로 수년간 감염 치료에 효과적이도록 보장할 수 있기를 희망합니다.

Liao는 "토양에 있는 이러한 박테리아의 생태학적 동인에 대한 근본적인 이해를 확립하면 항생제 내성의 출현, 진화 및 확산을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다"라고 말했습니다. "이것은 시급한 전 세계 공중 보건 위협입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241212150232.htm