박테리아는 숙주의 DNA를 손상시키고 암을 촉진하는 유전자에 특정 돌연변이를 유도하여 대장암 발병에 기여할 수 있습니다. *Jans et al.*은 박테리아가 숙주 세포에 부착하는 메커니즘이 특정 박테리아 균주를 특히 위험하게 만든다는 사실을 보고하였습니다.
대장암과 관련된 대장균(Escherichia coli)
대장균(E. coli)은 가장 널리 연구된 장내 박테리아 중 하나입니다. 2006년, 특정 E. coli 균주가 **콜리박틴(colibactin)**이라는 분자를 생성해 인간의 DNA를 손상시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 균주는 대장 종양이나 암으로 발전할 수 있는 전구 병변(precursor lesions)을 가진 사람들에게서 건강한 사람들보다 더 자주 발견됩니다. 연구에 따르면, 대장 종양의 8분의 1이 콜리박틴에 노출된 것으로 보이며, 이러한 노출은 질병의 조기 발병과 관련이 있습니다.
그러나, 콜리박틴을 생성하는 모든 E. coli 균주가 동일한 돌연변이 유발 능력을 가진 것은 아닙니다. 예를 들어, 프로바이오틱스로 사용되는 E. coli Nissle 1917(EcN) 균주는 다른 콜리박틴 생성 균주에 비해 DNA 손상 정도가 현저히 적습니다.
박테리아 부착과 유전독성의 연관성
Jans 연구팀은 마우스 대장의 표면에 박테리아가 부착하는 과정이 콜리박틴으로 인한 DNA 손상과 암 발병을 증폭시킨다는 사실을 밝혀냈습니다. 연구팀은 박테리아의 부착 단백질인 FimH와 FmlH에 초점을 맞추어 E. coli 균주 간 미세한 차이를 분석했습니다. 프로바이오틱 EcN 균주와 인간 대장암과 관련된 11G5 균주는 비슷한 수준의 콜리박틴을 생성하지만, FimH 단백질의 아미노산 3개 차이가 마우스 대장암 모델에서 매우 다른 결과를 초래했습니다.
EcN 균주는 대장의 보호 점액층에만 붙어 있는 반면, 11G5 균주는 대장 세포에 단단히 부착하고 심지어 세포와 조직을 침투하여 더 심각한 DNA 손상과 암 발생을 유발했습니다. 연구팀은 실험실 실험을 통해 11G5 균주의 FimH 변형이 숙주 세포에서의 부착력과 유전독성을 크게 증가시킨다는 것을 입증했습니다.
박테리아 부착 억제제의 가능성
FimH 단백질이 콜리박틴으로 인한 유전독성의 선행 조건이라는 사실을 발견한 후, 연구팀은 **FimH 억제제인 시보핌록(sibofimloc)**을 테스트했습니다. 이 약물은 11G5 균주의 부착 및 유전독성 활동을 차단하여 마우스에서 종양 형성을 크게 줄였습니다. 이는 박테리아 부착을 표적으로 하는 치료법이 암 예방 전략으로서의 가능성을 보여줍니다.
프로바이오틱 균주의 잠재적 위험
프로바이오틱으로 사용되는 EcN 균주의 유전독성 위험을 평가하는 데 중요한 단서를 제공합니다. EcN 균주의 FimH 단백질 아미노산이 단 3개만 변형되어도 유전독성이 크게 증가할 가능성이 있습니다. 이는 다른 박테리아와의 수평 유전자 전달 등을 통해 위험이 증가할 수 있음을 시사합니다.
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