요로에 살면서 테스토스테론을 만드는 미생물

 (Schematic representation of the findings of the study. Credit: bioRxiv (2025). DOI: 10.64898/2025.12.18.695155 )

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테스토스테론은 사실 여성에서도 나오긴 하지만, 남성에 더 많은 역할을 하기 때문에 흔히 남성 호르몬의 대표로 여겨집니다. 당연히 남성 기능을 위해 필요한 호르몬으로 평생 분비되지만, 문제는 전립선암 역시 테스토스테론에 의존한다는 것입니다.

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정상적인 전립선 세포와 전립선암 세포는 남성호르몬인 테스토스테론(및 전립선 내에서 전환되는 디히드로테스토스테론, DHT)의 자극을 받아 성장합니다. 따라서 진행성 전립선암 치료는 테스토스테론 억제나 그 효과를 차단하는데 중점을 둡니다.

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오번 대학교 물리학과 부교수이자 이번 연구의 공동 저자인 라파엘 베르나르디 (Rafael Bernardi, associate professor in Auburn University's Department of Physics)와 미생물학, 암 생물학, 화학, 유전체학 및 계산 물리학 분야의 여러 전문가들은 의외의 사실을 하나 발견했습니다. 인체 요로에서 분리된 박테리아가 실험실 환경에서 스테로이드 전구체인 DHEA를 테스토스테론으로 전환하는 재주를 지녔다는 것을 알아낸 것입니다.

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이번 연구 결과는 해당 박테리아가 전립선암을 유발한다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 그리고 박테리아가 생성하는 테스토스테론이 종양에 도달하거나 질병의 경과를 바꾼다는 것을 보여주는 것도 아닙니다. 하지만 이번 연구는 미생물이 인체에서 의외의 기능을 수행할 수 있고 어쩌면 질병 경과나 테스트 결과에 영향을 줄 가능성을 시사해 주목됩니다.

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사실 수십 년 동안 소변은 무균 상태로 생각되어 왔습니다. 따라서 소변에서 세균이 검출되는 것은 염증을 시사하는 소견을 생각되어 왔습니다. 따라서 소변이 지나는 길인 요로는 초기 인간 마이크로바이옴 프로젝트에 포함되지 않았습니다. 그러나 과학자들은 나중에 소변에 고유한 미생물 군집인 유로바이옴 (urobiome)이 존재한다는 사실을 알아냈습니다.

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물론 흐르는 물인 소변에는 많은 세균이 살진 않지만 과학자들은 유로바이옴이 건강과 어떤 연관이 있는지 연구하고 있습니다. 이번 연구에서 과학자들은 한 걸음 더 나아가 이 미생물이 특정 물질을 만들어 낼 수 있는지 검증했습니다.

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연구팀은 전립선 생검 전에 남성에게서 채취한 소변 샘플에서 박테리아를 분리했습니다. 그리고 스테로이드를 변환할 수 있는 미생물을 찾기 위해 HSDH(Human Sterolbiome Discovery High-throughput assay)라는 신속 스크리닝 방법을 개발했습니다.

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이 방법으로 확인한 미생물 중에는 액티노바쿨룸 마실리엔세(Actinobaculum massiliense)가 있었습니다. 이 박테리아는 DHEA를 공급받으면 중간 스테로이드 분자를 생성하고 최종적으로 테스토스테론을 생성하는 것으로 나타났습니다.

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DHEA (디하이드로에피안드로스테론, dehydroepiandrosterone)은 인체에서 자연적으로 생성되는 스테로이드입니다. 인체 조직은 이를 출발 물질로 사용하여 테스토스테론을 비롯한 더욱 강력한 호르몬을 생성할 수 있습니다. 이번 연구는 요로에 서식하는 박테리아가 자체 효소를 이용하여 유사한 화학 반응을 수행할 수 있음을 처음으로 입증했습니다.

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연구팀은 박테리아의 테스토스테론 생성 능력을 확인한 후, 실제 생산을 담당하는 유전자를 찾기 위해 게놈을 분석했습니다. 그 결과, DHEA 이성질화효소 환원효소에 해당하는 두 개의 후보 유전자를 확인하고 각각 dirA와 dirB라고 명명했습니다.

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실험 결과 DirA는 매우 다재다능하여 여러 가지 스테로이드 변환을 수행할 뿐 아니라 하나 이상의 경로를 통해 테스토스테론을 생산했습니다. 반면 DirB는 이러한 화학 반응의 일부만 수행할 수 있었습니다.

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두 효소는 전반적으로 유사해 보였고 많은 화학적 구성 요소를 공유했지만, 전자는 다목적 스테로이드 처리 효소처럼 작용하는 반면 후자는 훨씬 더 제한적인 기능을 가지고 있었는데, 연구팀은 그 이유까지 밝히기 위해 추가 연구를 진행했습니다.

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오번 대학교에서 베르나르디 연구팀은 DirA와 DirB의 3차원 모델을 만들고 분자 시뮬레이션을 사용하여 스테로이드 분자가 각 효소에 들어갈 때 어떤 일이 일어나는지 추적했습니다. 연구팀은 효소가 휘어지고 스테로이드가 회전하며 주변 분자가 시간에 따라 이동하는 모습을 보여주는 원자 단위의 동영상을 만들어 그 과정을 살폈습니다.

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오번 대학교의 시뮬레이션 결과에 따르면 DirA는 스테로이드가 움직이고 위치를 재조정할 수 있는 넓고 열린 포켓을 가지고 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 스테로이드의 여러 부분이 DHEA에서 테스토스테론으로 이어지는 경로의 각 단계에서 효소의 촉매 작용기에 접근할 수 있습니다.

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반면 DirB는 내부 터널이 훨씬 좁습니다. 스테로이드가 안으로 들어가 머물 수는 있지만, 제한된 공간 때문에 종종 뒤집히거나 정렬이 어긋나 반응해야 하는 부분이 촉매 작용 부위와 반대 방향을 향하게 됩니다. 이런 연구는 비슷한 효소가 어떻게 다르게 반응하는지 알아내 새로운 분야에 응용할 수 있는 실마리를 제시합니다.

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아무튼 요로 박테리아가 테스토스테론을 생성할 수 있다는 발견은 중요한 질문을 제기합니다. 과연 질병, 특히 전립선암에 영향을 미치는지입니다. 이번 연구는 이 질문에 대한 답을 제시하진 못했지만 후속 연구의 필요성과 우리가 모르고 있던 숨은 공생 미생물의 존재를 보여줍니다.

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참고

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Taojun Wang et al, The urinary pathobiont Actinobaculum massiliense can generate androgens via the dirAB pathway, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77382-7. On bioRxiv DOI: 10.64898/2025.12.18.695155

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https://medicalxpress.com/news/2026-09-bacteria-testosterone-prostate-cancer.html