기회 담즙 감염과 관련된 16세기 대장균 초안 게놈

Aug 09, 2023

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 599(2022) 이 기사 인용

12,000회 액세스

557 알트메트릭

측정항목 세부정보

가장 특징적인 박테리아 중 하나이자 주요 공중 보건 문제인 대장균(Escherichia coli)은 현세적으로 눈에 띄지 않는 상태로 남아 있습니다. 여기서는 만성 담낭염을 앓고 있는 이탈리아 미라의 16세기 담석에서 최초의 고대 대장균 게놈을 꼼꼼하게 재구성한 내용을 제시합니다. 우리는 고대 DNA를 분리하고 고대 대장균 게놈을 재구성했습니다. 이는 4446개의 유전자로 구성된 하나의 염색체와 52개의 유전자로 구성된 두 개의 추정 플라스미드로 구성되었습니다. E. coli 균주는 계통군 A에 속하며 예외적으로 희귀한 서열 유형 4995에 속합니다. VI형 분비 시스템 구성 요소 유전자는 Klebsiella aerogenes에서 수평으로 획득된 것으로 보이지만 병원체 특정 유전자나 획득된 항생제 내성을 식별할 수 없습니다. 패혈증 마우스 분석에서는 밀접하게 관련된 현대 E. coli 계통이 비독성임을 보여주었습니다. 이 고대 대장균의 재구성은 과거의 기회 감염의 부담에 대한 보다 완전한 그림을 그리는 데 도움이 됩니다.

인간 희생자로부터 고대 병원체 DNA(aDNA)를 회수하는 것은 흑사병과 같은 역사적으로 중요한 사망 사건에만 거의 독점적으로 초점을 맞춰 예르시니아 페스티스, 결핵균1 및 두창 바이러스와 같은 표준 병원체의 진화 역사를 드러냈습니다. 대조적으로, 인간의 질병률과 사망률의 대부분은 과거에는 종종 눈에 띄지 않았던 기회 감염의 결과입니다. Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa 및 Staphylococcus aureus와 같이 역사적 기록이 없는 기회주의적 병원체는 오늘날 사람들에게 미치는 현대적 부담에 비해 제대로 연구되지 않았습니다2. 이는 스트레스, 불균형 또는 교란 기간 동안 감염되는 능력에 의해 정의되지만 그렇지 않으면 공생 또는 부생성3입니다. 기회감염은 과거에 인간의 사망률에 중요한 역할을 했을 가능성이 높으며 측정할 수 있거나 측정할 수 있는 것보다 인간의 건강에 더 광범위한 영향을 미쳤습니다.

역사적으로 과소연구된 병원체를 식별하는 데 있어 혼란스러운 요인은 결과로 발생한 감염이 주로 기회주의적일 가능성이 높다는 것입니다. 즉, 그들은 호스트 환경을 무증상으로 식민지화하여 식별 가능한 병리를 남기지 않으며 따라서 인간의 유해에서 쉽게 식별되지 않습니다4. 고대 DNA 연구는 일반적으로 M. leprae, Salmonella enterica 및 Y. pestis와 같은 필수 병원체에 중점을 두고 있으며, 이는 병리학적으로 뚜렷하거나 역사적으로 관련된 사망 사건과 쉽게 상관관계가 있으며 고대 인간 메타게놈 DNA 판독 데이터에서 외부 물질로 쉽게 구별됩니다5, 6,7. 기회 감염은 환경 오염 물질과 현대 공생 변종의 편재성으로 인해 인증에 대한 부담이 더해집니다. 이러한 병원체의 역사적 식별은 균주가 숙주 독성을 향하거나 멀어짐에 따라 유전자 함량 증가 및 감소에 의해 정의되는 진화 이력 및 공생 병원체 연속체에 대한 신중한 평가를 가능하게 합니다.

대장균(E. coli)은 그러한 병원체 중 하나입니다. 이는 척추동물의 장내 미생물군집에서 발견되는 흔한 공생 박테리아로8 특정 조건에서 기회감염 병원체가 될 수도 있습니다9. 대장균은 우리의 건강 관리 시스템에 매우 큰 영향을 미치므로 가장 병원성이 높은 균주의 영향을 완화하기 위한 여러 백신 개발 노력의 대상이 됩니다10. 여러 식중독 발생을 담당하고 항균제 내성으로 인한 사망의 주요 병원체가 된 E. coli는 공중 보건 감시에 사용되는 핵심 박테리아입니다11.

E. coli 균주를 전체적으로 샘플링하면 몇 가지 독특한 계통발생 그룹과 병원균이 산재된 나무가 생성됩니다. 계통 간의 계통발생 관계는 유전적 유사성을 기반으로 구성되는 반면, 병원체는 해당 구성원의 병독성 특성에 따라 정의됩니다. 많은 경우, 동일한 병원체의 구성원은 동일한 계통군으로 함께 클러스터되지만 병독성 유전자는 수평으로 획득될 수 있으므로 장응집성 대장균과 같은 일부 병원체는 여러 계통발생 그룹에 분산됩니다. E. coli 균주 간의 이러한 놀라운 다양성과 진화적 일시적 상태는 앞서 언급한 연속체를 따라 게놈 가소성과 진화적 다양성을 강조합니다. 고대 대장균 게놈은 박테리아의 공생 및 병원성의 출현에 영향을 미치는 힘에 대한 유용한 통찰력을 제공할 것입니다. 여기에서는 이탈리아 귀족인 Giovani d'Avalos(1538-1586)의 담석을 특징으로 하는 16세기 대장균 게놈의 재구성에 대해 설명하고 공생 특성을 가진 게놈을 강조합니다.