박테리아 덩어리인 생물막, 대장암 유발 가능성 높아
스크립스 연구소(TSRI)와 존스홉킨스 대학교 의과대학의 과학자들은 박테리아가 어떻게 일부 대장암을 촉진하는지에 대한 큰 단서를 1개 발견했다. 그들은 새로운 대사산물 기술을 이용해서 결장 세포가 암세포로 변하는 것이 박테리아 덩어리인 생물막의 성장을 촉진하고 이 생물막이 반대로 암 발생을 촉진하는 일종의 악순환을 암시하는 분자적인 증거를 찾아냈다.

이번 연구는 전체적으로 박테리아 생물막을 제거하는 것이 매년 미국에서 약 5만 명의 목숨을 앗아가는 대장암을 예방하고 치료하는 핵심적인 전략이 될 수 있는 것을 시사하고 있다. 이번 연구는 생물막과 관련이 있는 대장암의 명백한 물질대사 표지자도 찾아냈다.

정교한 대사산물 기술을 이용한 이번 연구는 스크립스 연구소의 스크립스 대사산물학 센터의 선임 책임자로 화학/계산분자생물학 교수인 개리 시우즈다크와 존스홉킨스 대학교 의대와 블룸버그 공종보건 대학의 의학/종양학/분자미생물학/면역학 교수인 신티아 시어즈와 카롤린스카 연구소의 부교수인 데이비드 에들러가 이끄는 연구진들이 공동으로 실시했다.

시어즈와 그녀의 동료들이 주도한 이전의 연구에서 복부의 오른쪽에 있는 상행 결장의 암과 그 주변의 조직에는 거의 언제나 생물막이라 불리는 박테리아 덩어리가 있다는 증거를 발견했다.

이번 연구에서는 어떤 일이 일어나고 있는지를 더 알아보려고 했고 특히 생물막과 대장암 간에 대사적 연결고리가 있는지를 알아보고자 했다고 스크립스 대사산물학 센터의 연구원인 캐롤린 존슨은 말했다. 존슨은 존스홉킨스 대학교의 크리스틴 데지아와 함께 이번 논문의 공동 제1 저자이다. 대사산물은 혈액과 조직 속에 들어있는 작은 분자로 세포 내에서 일어나는 수많은 물질대사의 산물로 생기는 분자들이다. 보통 인체 내에는 1만 가지가 넘는 대사산물들이 존재한다.

암 조직에 생물막 있는 곳에 대사산물 4배나 많아
연구진은 액체 색층분석법과 질량분석법을 이용해서 존스홉킨스 대학교와 스웨덴의 카롤린스카 연구소의 환자들의 결장 조직 표본 속에 들어있는 수천가지 대사물질의 수치를 찾아내는 연구에 착수했다. 그 결과 대체로 폴리아민이 중요하고 1가지 대사물질인 N1, N12-디아세틸페르민이 특별히 두드러져서 주변의 정상적인 조직에 비해 암 조직 속에 평균 약 9배나 더 많은 것으로 드러났다. 추가적인 검사에서 연구진은 암 조직 표본 속에서는 생물막이 있는 곳에 이 대사산물이 4배나 더 많은 것을 발견했다. 다시 말하면 암세포와 생물막은 둘 다 이 대사산물의 과잉생산을 도와주는 듯한 것이다.

연구진은 나노구조 영상 질량분석법(NIMS)이라는 기법을 이용해서 조직 표본 속에서 N1, N12-디아세틸페르민의 정확한 위치를 표시하는 지도를 작성해서 종양과 생물막 속에 이 대사산물의 수치가 더 높은 것을 확인할 수가 있었다. 연구진은 총체적 동위원소 대사산물학이라는 기법을 사용해서 N1, N12-디아세틸페르민의 동위원소를 이용해서 그 대사과정을 끝까지 추적해서 그 것이 물질대사의 최종 생성물인 듯한 것도 발견했다.

대장암 종양이 다량의 N1, N12-디아세틸페르민을 비정상적으로 생산해내는 것은 놀라운 일이 아니다. 이 분자는 폴리아민이라는 유형의 대사산물에 속한다. 폴리아민은 세포 성장을 촉진하는 역할을 수행하는 것으로 알려져 있고 일반적으로 암이나 빠르게 성장하는 건강한 조직 속에서는 통제가 되지 않는다. N1, N12-디아세틸페르민은 대장암에서 그 수치가 높은 것이 관찰되어서 대장암을 초기에 진단하는 잠재적인 표지자로 간주되고 있다.

생물막, 만성 염증과 관련된 세포 증식 유발 결장 내에서 암 촉진하는 듯
그러나 박테리아 생물막이 왜 N1, N12-디아세틸페르민의 수치가 높은 것과 연관되어있을까?

박테리아도 역시 폴리아민을 사용해서 자신의 세포 증식을 촉진하고 생물막을 만들어내는 것으로 드러났다. 폴리아민은 너무나 오래된 편재하는 분자로 박테리아는 자신의 숙주가 생산하는 폴리아민까지도 이용할 수 있는 듯하다. 이런 생물막이 만성 염증과 그와 관련된 세포 증식을 유발해서 결장 내에서 암을 촉진하는 듯하다. 이렇게 세포 증식이 늘어나면 폴리아민의 생산도 함께 증가하게 된다. 그렇게 되면 생물막에 들어있는 박테리아가 이렇게 풍부한 폴리아민을 이용해서 더 많은 생물막을 또 만들어내게 되어 일종의 악순환이 생기게 된다. 이런 과정을 통해서 그 부산물인 N1, N12-디아세틸페르민의의 수치가 갈수록 높아지게 될 것이다.

이제 연구진은 폴리아민이 종양 성장과 생물막 생성에 기여하는 분자경로에 대해 더 많은 것을 알아내기를 원한다. 그들은 또 왜 박테리아 생물막이 상행 결장의 종양과 관련해서 흔히 발견되지만 결장의 더 아랫부분에서는 발견되는 경우가 덜 흔한지도 알아보고 싶어 한다. 우리는 음식이 폴리아민 수치에 영향을 미칠 수 있는 것을 알고 있기 때문에 대장암 발생률이 낮고 전통적인 음식이 상이한 다른 인구집단의 표본도 살펴보려고 한다고 존슨은 말했다.

그때까지는 항생제로 치료하는 것이 결장의 생물막을 제거해서 생물막으로 인해 생기는 암 발생 위험을 줄이는 1가지 대안이 될 수도 있을 것이다. 과학자들은 수술을 하기 전 24시간 전에 경구 항생제를 복용한 환자들의 대장암 표본에는 생물막과 배양 가능한 박테리아가 없고 N1, N12-디아세틸페르민이 훨씬 더 적은 것을 발견했다고 한다.

내용이 복잡하지만 간단히 말하면 박테리아 덩어리가 대장암을 유발할 가능성이 높다는 말이다. 위암이 일종의 박테리아로 생기는 점을 감안하면 이는 놀라운 일이 아니고, 박테리아가 대장암을 유발하는 것이 확실하다면 대장암을 예방하는 방법은 쉽게 찾아낼 수가 있을 것으로 생각된다.

출처: C. H. Johnson et al., "Metabolism Links Bacterial Biofilms and Colon Carcinogenesis" Cell Metab. 2015 May 6. pii: S1550-4131(15)00166-7.