이지놈(대표 조서애)은 11월 세계적 학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research, Impact Factor 19.16)’에 항생제 다중 내성균의 출현을 유전자 이동으로 분석할 수 있는 세계 최정밀 수준의 플랫폼 (HGTree v2.0)을 발표했다.

▲ 항생제 저항성이 있는 박테리아가 항생제 저항성 인자를 병원균에 전달해 항생제 다중 내성을 

지닌 슈퍼 박테리아로 진화하는 흐름을 도식화한 개념도

항생제는 인류 생존에 크게 공헌했지만, 동시에 이른바 ‘슈퍼 박테리아’처럼 여러 종류의 항생제에 저항성이 있는 다중 내성균의 출현을 도왔다. 페니실린이 처음 개발된 뒤 오늘날 150개가 넘는 항생제가 개발·사용되고 있다. 

2022년 의학 학술지 ‘랜싯(Lancet)’에 발표된 논문에 따르면 2019년 항생제 내성균에 따른 사망자는 495만명에 달한다. 슈퍼 박테리아는 코로나19에 따른 항생제의 남용으로 급증한 것으로 알려진다. 슈퍼박테리아 출현을 방치할 시 2050년 한 해 1000만명이 사망할 수 있다는 예측도 존재한다.

슈퍼박테리아의 출현 원인은 진화적 관점에서 보면 의외로 간단하다. 생명은 생존하기 위해 변화하고 진화한다. 따라서 인류가 항생제를 개발해 병원균을 제거하면 대부분은 사멸하지만, 일부 박테리아는 항생제 저항성 유전자를 획득해 생존하고, 이 유전자가 전파파 내성균이 증가하게 된다. 

이 과정이 가능한 건 박테리아는 항생제 저항성을 포함한 다양한 유전 인자를 서로 종이 다른 박테리아로 전달할 수 있기 때문이다.

따라서 각기 다른 항생제에 저항성이 있는 박테리아가 항생제 저항성 인자를 병원균에 전달, 항생제 다중 내성을 보유한 슈퍼 박테리아로의 진화를 도울 수 있는 것이다(그림 참조). 이런 이유로 2019년 식품의약품안전처는 항생제 내성 유전자를 다른 박테리아로 전달할 가능성이 있는 일부 프로바이오틱스 균주의 사용을 금지한 바 있다.

이 같은 유전 인자의 이동을 ‘수평적 유전자 이동(Horizontal Gene Transfer)’이라고 부른다. 박테리아의 수평적 유전자 이동은 중요성에 비해 분석 계산량이 방대해 정밀 분석 데이터베이스 연구가 없었다. 이지놈은 2015년 2000여개의 박테리아 유전체 간 수평적 유전자 이동을 정밀 계산해 첫 번째 플랫폼 ‘HGTree v1.0’을 핵산 연구지에 발표했다.

6년 만인 2022년 11월 이지놈은 같은 학술지에 두 번째 플랫폼 ‘HGTree v2.0’을 발표하고, 온라인판에 공개했다. 두 번째 버전은 첫 번째 플랫폼보다 10배가량 많아진 2만여개의 박테리아 유전체 데이터와 600만개가 넘는 수평적 유전자 이동에 대한 정보를 이용해 세계에서 가장 정밀한 수준으로 분석을 수행할 수 있다. 두 번째 버전은 유전체 정보를 계속 추가해 가까운 시일에 더 많은 정보를 이용할 수 있을 전망이다.

슈퍼 박테리아는 여러 종류의 박테리아가 모여 있고, 항생제가 사용되는 환경에서 언제든 출현할 수 있다. 특히 인간과 동물의 장내 환경은 다양한 항생제가 사용되며 서로 다른 박테리아들 사이에서 수많은 수평적 유전자 이동이 일어나고 있는 공간이다. 

곧 장내 마이크로바이옴에서 슈퍼 박테리아의 출현을 모니터링·예방하는 것은 개인 건강뿐 아니라 사회와 인류 건강에도 필수적이다.

이지놈 담당자는 “학계 및 산업계 등 다양한 분야에서 프로바이오틱스 안전성 검사와 미생물의 획득 내성 분석, 박테리아 진화 연구를 통한 항생제 대체제 연구에 플랫폼을 유용하게 활용하기를 기대한다”며 “특히 휴먼 마이크로바이옴을 이용한 헬스케어 산업이 주목받는 시점에서 발표한 플랫폼이 인체 장내 마이크로바이옴 정밀 모니터링을 통한 헬스케어 산업에 크게 이바지할 수 있기를 희망한다”고 말했다.