인간 피부 표면의 미생물 진화 추적

인간 피부 표면의 미생물 진화 추적

인간 피부 표면의 미생물 진화 추적? 인간의 피부에는 수백만 마리의 미생물이 서식하고 있습니다. 이러한 미생물 중 하나인 황색포도상구균은 아토피 피부염으로도 알려진 습진의 영향을 받는 피부 부위를 침범할 수 있는 기회주의적 병원체입니다. 새로운 연구에서 MIT 및 기타 기관의 연구자들은 이 미생물이 한 사람의 미생물군집 내에서 빠르게 진화할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 연구진은 습진이 있는 사람들의 경우 황색포도상구균이 특정 유전자에 돌연변이가 있는 변종으로 진화하여 피부에서 더 빨리 자라는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 과학자들이 복잡한 피부 질환과 관련된 미생물에서 이러한 종류의 빠른 진화를 직접 관찰한 최초의 사례입니다. 이 연구 결과는 또한 연구자들이 이러한 유형의 돌연변이를 가지고 습진 증상을 악화시키는 경향이 있는 황색포도상구균 변종을 표적으로 삼아 습진 증상을 완화하는 잠재적 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 토목 및 환경 공학 조교수이자 MIT 의료 공학 및 과학 연구소의 회원인 타미 리버만은 이번 연구는 아토피 피부염 환자의 황색포도상구균 유전자형이 변화하고 있음을 보여주는 첫 번째 연구라고 말합니다. 그리고 이것은 피부 미생물군집에서 적응 진화의 가장 직접적인 증거라고 강조했습니다. 리버만과 멕시코 국립소아과연구소의 피부과 전문의이자 조교수인 마리아 테레사 가르시아와 로메로가 이 연구의 수석 저자로 참여했으며, 현재 셀 호스트와 마이크롭에 게재되어 있습니다. MIT 포스트닥 출신으로 현재 막스 플랑크 감염 생물학 연구소의 그룹 리더로 활동하고 있는 펠릭스 키가 이 논문의 수석 저자입니다. 다음으로 박테리아 적응에 대해서 알아도록 하겠습니다. 30~60%의 사람들이 일반적으로 무해한 콧구멍에 황색포도상구균을 옮기는 것으로 추정됩니다. 미국에서 약 1,000만 명의 어린이와 1,600만 명의 성인에게 영향을 미치는 습진 환자에게서 황색포도상구균은 종종 습진 패치로 퍼져 피부를 감염시킵니다. 리버먼은 피부에 상처가 생기면 황색포도상구균이 자라고 복제할 수 있는 틈새 시장을 찾을 수 있다고 말합니다. 또한, 이 박테리아는 독소를 분비하고 면역 세포를 모집하기 때문에 병리에 기여하는 것으로 생각되며, 이 면역 반응은 피부 장벽을 더욱 손상시킨다고 말했습니다. 이 연구에서 연구진은 황색포도상구균이 습진 환자의 피부에 어떻게 적응할 수 있는지 탐구하고자 했습니다. 리버먼은 다음과 같이 말했습니다. 이 미생물들은 일반적으로 코에 서식하는데, 아토피 피부염 피부에서 발견되면 코에 살기 위해 변화가 필요한지 알고 싶었습니다. 그리고 이 박테리아가 아토피 피부염 피부와 어떻게 상호 작용하는지 관찰하면서 그 진화를 통해 알 수 있다고 말했습니다. 이러한 질문에 답하기 위해 연구진은 중등도에서 중증 습진으로 치료를 받고 있는 5세에서 15세 사이의 환자를 모집했습니다. 그들은 한 달에 한 번씩 3개월 동안 피부에 있는 미생물 샘플을 채취한 다음 9개월째에 다시 채취했습니다. 샘플은 무릎 뒤쪽과 팔꿈치 안쪽, 일반적으로 영향을 받지 않는 팔뚝, 콧구멍에서 채취했습니다. 각 샘플 부위의 황색포도상구균 세포를 별도로 배양하여 각 샘플에서 최대 10개의 집락을 생성했으며, 큰 집락이 형성되면 연구진은 세포의 게놈을 시퀀싱했습니다. 그 결과 약 1,500개의 고유한 집락이 생성되어 연구진은 박테리아 세포의 진화를 이전보다 훨씬 더 자세히 관찰할 수 있었습니다. 연구진은 이 기술을 사용하여 대부분의 환자가 황색포도상구균의 단일 계통을 유지한다는 사실, 즉 환경이나 다른 사람으로부터 새로운 균주가 들어와 기존 황색포도상구균 균주를 대체하는 것은 매우 드문 일이라는 사실을 발견했습니다. 그러나 각 계통 내에서 연구 9개월 동안 많은 돌연변이와 진화가 발생했습니다. 이에 대해서 리버먼은 리니지 수준의 안정성에도 불구하고 이러한 박테리아에서 새로운 돌연변이가 지속적으로 발생한 후 전신으로 확산되는 전체 게놈 수준에서 많은 역학 관계를 확인할 수 있다고 말합니다. 이러한 돌연변이 중 상당수는 면역 세포의 인식으로부터 황색포도상구균을 보호하는 코팅인 캡슐 다당류 합성에 필요한 효소를 암호화하는 capD라는 유전자에서 발생했습니다. 연구진은 심층 샘플링된 환자 6명 중 2명에서 capD 돌연변이가 있는 세포가 전체 황색포도상구균 피부 마이크로바이옴 개체군을 차지한다는 사실을 발견했습니다. 다른 환자들은 처음에 capD의 기능적 사본이 없는 균주로 집락화되었으며, 연구 종료 시점에 capD가 없는 환자의 총 22%에 달했습니다. 한 환자에서는 서로 다른 황색포도상구균 샘플에서 독립적으로 4개의 서로 다른 capD 돌연변이가 발생했지만, 그 전에는 이러한 변이 중 하나가 우세해져 전체 미생물군집에 퍼졌습니다. 다음으로 표적 치료에 대해서 살펴보겠습니다. 연구진은 실험실 접시에서 자라는 박테리아 세포를 테스트한 결과로 capD에 돌연변이가 생기면 황색포도상구균이 정상적인 capD 유전자를 가진 황색포도상구균 균주보다 더 빠르게 성장할 수 있다는 사실을 보여주었습니다. 캡슐 다당류를 합성하려면 많은 에너지가 필요하기 때문에 세포가 합성할 필요가 없을 때는 스스로 성장을 촉진하는 데 더 많은 연료가 필요합니다. 연구진은 또한 캡슐이 사라지면 미생물이 피부에 더 잘 달라붙을 수 있는 단백질이 더 많이 노출되기 때문에 미생물이 피부에 더 잘 달라붙을 수 있다고 가정합니다. 연구진은 또한 습진 유무에 관계없이 사람들로부터 분리한 약 300개의 공개 가능한 박테리아 게놈을 분석한 결과, 습진이 있는 사람들이 습진이 없는 사람들보다 캡슐 다당류를 생성할 수 없는 황색포도상구균 변종을 가질 가능성이 훨씬 더 높다는 사실을 발견했습니다. 습진은 일반적으로 보습제나 국소 스테로이드로 치료하며, 피부에 감염된 것으로 보이는 경우 의사가 항생제를 처방할 수 있습니다. 연구진은 이 연구 결과가 캡슐 다당류에 돌연변이가 있는 황색포도상구균 변종을 표적으로 삼아 습진 증상을 줄이는 치료법 개발로 이어질 수 있기를 희망합니다. 가르시아와 로메로는 이번 연구 결과는 황색포도상구균이 숙주 내부에서 어떻게 진화하고 있는지에 대한 단서를 제공하고 박테리아가 피부에 남아 질병을 일으키는 데 도움이 되는 몇 가지 기능을 밝혀냈다고 말합니다. 이어서 향후 캡슐 다당류에 돌연변이가 있는 황색포도상구균 변종은 잠재적 치료의 적절한 표적이 될 수 있다고 말했습니다. 리버만의 연구소는 현재 캡슐 음성 황색포도상구균 균주를 표적으로 삼을 수 있는 프로바이오틱스를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 그녀의 연구실에서는 capD 돌연변이가 있는 황색포도상구균 균주가 습진 환자의 다른 가족에게 전파될 가능성이 더 높은지 연구하고 있습니다.