식민지화 이전 볼리비아 미라에서 성홍열 박테리아 발견

Eurac Research 제공

이 치아는 약 700년 전 볼리비아 고원지대에 산 한 젊은 남성 것이다. 연구팀은 이 치아에서 성홍열을 일으키는 박테리아인 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)을 검출했다. 사진 제공: Guido Valverde

 
연구진은 볼리비아 라파스La Paz 소재 [볼리비아] 국립고고박물관(MUNARQ)에 소장된 자연 미라화 두개골에서 나온 치아를 조사하던 중 성홍열scarlet fever의 유전 물질을 확인했다.

수많은 짧은 DNA 조각에서 이전에 알려지지 않은 게놈을 재조립하는 방법을 사용해 연구팀은 연쇄상구균 Streptococcus pyogenes의 거의 완전한 고대 게놈을 재구성했다. 

재구성된 게놈은 전 세계적으로 널리 퍼진 이 박테리아의 현대 균주와 뚜렷한 유사성을 보인다.

이 박테리아는 가벼운 인후염부터 성홍열, 생명을 위협하는 독성 쇼크 증후군까지 다양한 질병을 유발할 수 있다.

성홍열은 역사적으로 어린이 사망의 주요 원인 중 하나였을 정도로 의학적으로 매우 중요한 질병임에도 이 병원균의 진화 역사에 대해서는 알려진 바가 거의 없다.

이번 연구 결과는 이 박테리아가 유럽 식민지화 이전에 남아메리카 원주민들 사이에서 이미 존재했음을 보여준다.

발견된 치아의 주인인 젊은 남성은 서기 1283년에서 1383년 사이에 산 것으로 추정된다.

이 연구 논문은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었다.

유라크 미라 연구소(Eurac Research Institute for Mummy Studies) 소장 프랭크 마익스너Frank Maixner는 "우리는 이 병원균을 특별히 찾고 있었던 것은 아니다"고 강조하면서 "미라의 유전자 분석을 할 때는 인간의 유전 물질뿐만 아니라 인체 유해에 존재하는 수많은 미생물의 DNA까지 포함하여 모든 가능성을 열어두고 연구한다"고 설명했다.

연구진이 치아에서 발견한 박테리아 DNA 흔적 중에는 화농성 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)이 흔하게 나타났다.

전 세계적으로 성홍열 발병이 증가하는 오늘날에도 이 병원균은 여전히 의학적으로 중요한 의미를 지니기 때문에, 연구팀은 이 유전 물질을 더욱 자세히 분석했다.

수백 년 된 게놈을 복원하기 위해 연구진은 현대 게놈 연구에서 널리 사용되는 방법인 데 노보 어셈블리(de novo assembly)를 활용했다.

미라 연구소(Institute for Mummy Studies)는 이 방법을 고도로 파편화한 고대 DNA에 특화해 더욱 발전시켰다.

데 노보 어셈블리는 참조 게놈을 주형으로 사용하지 않고도 수많은 DNA 조각으로부터 게놈을 재조립할 수 있도록 한다.

"상자에 그린 그림을 모른 채 퍼즐을 맞추는 것과 같다고 생각하면 된다"고 이 논문 공동 제1저자인 유라크 연구소(Eurac Research) 미생물학자 모하메드 사르한Mohamed Sarhan은 설명한다.

그는 볼리비아 출신 생화학자 귀도 발베르데Guido Valverde와 함께 이 방법을 발표했다.

"이 방법은 고대 게놈 복원에 매우 중요한 장점을 지닙니다. 바로 현대 참조 게놈에 영향을 받지 않고, 선입견 없이 연구할 수 있다는 점입니다. 이를 통해 완전히 새로운 통찰력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 멸종된 박테리아 균주와 같이 현재는 존재하지 않을 수도 있는 유전적 변이체까지 식별할 수 있습니다." 
 

볼리비아 고원의 출파Chullpas. 이 무덤 탑들은 잉카 제국 이전 문명 유적이다. 사진 제공: 후안 가브리엘 에스테야노

연구 분야에서 이러한 가능성은 "새로운 시대의 시작과 같은 의미"를 지닌다고 마익스너는 덧붙였다.

오래된 박테리아의 DNA는 그 연대를 고려할 때 비교적 잘 보존되었는데, 연구진은 이를 볼리비아 고원의 건조하고 추운 기후 덕분으로 본다.

이러한 독특한 기후는 두개골의 자연적인 미라화에도 기여했으며, 두개골은 후기 중간기Late Intermediate Period (서기 1100~1450년)에 형성된 것으로 추정된다. 

방사성 탄소 연대 측정과 유전자 분석을 통해 두개골이 토착민 혈통 젊은 남성의 것임이 밝혀졌다.

박물관에 소장된 다른 미라들과 마찬가지로, 이 두개골 역시 볼리비아 고원의 전형적인 무덤 탑인 출파chullpa에서 발견되었을 가능성이 높다.

"DNA가 놀라울 정도로 잘 보존되어 있어 거의 완전한 게놈을 재구성할 수 있었고, 이를 통해 풍부한 정보를 얻을 수 있었습니다. 예를 들어, 이 고대 균주는 이미 질병을 일으킬 수 있는 능력이 있었습니다. 즉, 현대 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes) 균주에서 발견되는 병원성 유전자 중 상당수(전부는 아니지만)를 보유하고 있었습니다."
발베르데 설명이다.

볼리비아 생화학자 귀도 발베르데가 라파스 국립고고학박물관(MUNARQ) 수장고에 서 있다. 선반에는 박물관 소장 두개골들이 놓여 있다. 사진 제공: 후안 가브리엘 에스테야노

 
이 고대 병원균은 주로 인후염을 일으키는 현대 균주와 특히 유사한 것으로 밝혀졌다.

연구진은 공개적으로 이용 가능한 고대 DNA 데이터 세트를 대상으로 집중적인 검색을 실시한 결과, 약 4,000년 전 유럽에 산 사람 유골 35개체에서 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes)을 발견했으며, 아프리카에서 발견된 200년 된 고릴라 유해에서도 이와 유사한 연쇄상구균 종이 발견되었다.

이는 병원균이 이미 고대 유골에 존재했지만 오랫동안 간과되었음을 보여준다.

또한 연구진의 유전자 분석 결과는 대부분의 현대 연쇄상구균 균주의 진화 계통이 약 5,000년 전, 즉 인류가 점차 정착 생활을 하고 밀집된 환경에서 살기 시작한 시기에 분화되었음을 시사한다.

이러한 환경 변화는 주로 비말 및 접촉을 통해 전파되는 이 병원균의 확산과 다양화를 촉진했을 가능성이 있다.

Publication details
Guido Valverde et al, An ancient genome of Streptococcus pyogenes from a pre-Columbian Bolivian mummy, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-71603-9

Journal information: Nature Communications 
Provided by Eurac Research