장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향

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장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향 김용규 Page 1 / 12 BRIC View 2016-T05

장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향

김 용 규

EMBL E-mail: [email protected] 요약문 마이크로바이오타는 우리 몸에 거주하는 미생물을 총칭하는 용어로서, 체내 미생물의 엄청난 수와 다양성, 그리고 그들이 갖는 유전적 특성으로 인해 임상 연구에서 중요성과 관심이 증가되고 있다. 차세대 염기 서열 기술의 발전 덕에 신체 다양한 부위의 마이크로바이오타 분석이 진행되고 있다. 그 중 인간의 장은 가장 많은 미생물을 보유하고 곳으로 미생물들은 장내에 단순히 거주하는 것을 넘어, 음식물의 소화에도 기여를 하고 우리 체내 조직과 직접 접촉하여 우리 몸을 보호하는 등 복잡한 생리 활동에 연관되어 있다. 그 결과, 장내 미생물의 불균형은 염증성 장 질환을 비롯하여 비만과 당뇨와 같은 대사성 질환, 대장암과도 연관이 있는 것으로 알려져 있고 마이크로바이오타를 이용한 다양한 질병의 치료와 진단법 개발이 활기차게 이루어지고 있다. Key Words: 장내 미생물, 마이크로바이오타, 디스비오시스, 숙주와 미생물 상호 작용, 미생물 질환

목 차

1. 서론 2. 장내 미생물 구성 3. 장내 미생물 구성에 영향을 주는 인자 3.1 식단과 영양 3.2 항미생물제 3.3 점액질과 유착 3.4 면역 제어 4. 장내 미생물과 연관된 질병

4.1 과민성 대장 증후군 (irritable bowel syndrome: IBS)

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4.2. 염증성 장 질환 (inflammatory Bowel disease) 4.3. 대장암(colorectal cancer) 4.4. 비만 (obesity) 4.5. 제 2형 당뇨 (type 2 diabetes) 5. 결론 6. 참고문헌

1. 서론

인간을 포함한 모든 포유 동물의 위장(gastrointestinal track: GI) 내에는 수많은 미생물들이 살고 있다. 수정 이후 발생과 동시에 형성되는 미생물 군집인 마이크로바이오타 (microbiota)는 다양한 환경적 노출과 숙주(host)의 영향을 받아 그 구성이 복잡 다양화 되는데, 성인이 되면서 점차 안정화 된다 [1,2]. 하지만, 성장 후에도 식이 습관(diet)과 유전적/후성유전학적 구성(genetic/epigenetic composition), 면역 대사 등에 의해 마이크로바이오타는 매우 급격한 변화를 겪을 수 있다. 예를 들어, 인슐린이 첨가된 프리바이오틱스(prebiotics) 섭취는 짧은 사슬 지방산(short-chain fatty acids: SCFA)을 생산하는 박테리아의 성장을 촉진하여 마이크로바이오타에 변형을 가지고 오며, 장 병원균 (enteropathogen)에 감염되거나 지속적으로 여러 종류의 항생제를 투입한 사람의 경우 숙주의 건강에 치명적인 방향으로 마이크로바이오타 구성이 변화한다 [3,4]. 이와 같이, 위장 내 마이크로바이오타의 구성이 불균형적으로 변형되어 숙주에게 질병을 야기하는 것을 디스비오시스(dysbiosis)라고 부르는데. 환경적으로 야기된 디스비오시스는 종종 비가역적이고 숙주 대사에 변형을 가져와 만성 질환을 야기하기도 한다. 이는 염증성 장질환(Inflammatory Bowel Disease: IBD)을 포함한 다수의 질병들이 특정 나이 때에 집중적으로 발병하는 이유와 복잡한 질병들이 공통의 면역 감염 경로를 갖는 이유에 대한 해답을 제시할 수 있다 [5,6]. 위장 내 마이크로바이타의 디스비오시스는 숙주의 질병에 직간접적으로 연관 되어 있는 것이 이미 알려져 있으며, 실제 디스비오시스가 질병의 원인이든 결과이든 간에 향후 임상에서 질병을 치료하고 진단하는데 큰 변화를 몰고 올 것으로 예측된다. 본 리포트에서는 현재 장내 서식하는 미생물 다양성과 이를 조절하는 다양한 요소들 그리고 이와 관련된 질병 연구에 대해 소개하고자 한다.

2. 장내 미생물 구성

포유 동물의 장은 소장을 시작으로 맹장, 대장을 따라 매우 다양한 미생물 서식 환경을 제공하는데, 장내에는 화학적/영양적 구배와 숙주 면역 활성의 차이로 인해 매우 상이한 생리학적 환경이 만들어진다[7]. 예를 들어, 소장은 대장에 비해 더 낮은 pH, 높은 산소와 항균제(antimicrobials) 농도를 가지고 있기 때문에 담즙산(bile acids)과 항균제에 대해 저항성을 가지면서 단순 탄수화물 (simple carbohydrates)을 효과적으로 섭취하는 급성장 통성 혐기성균(fast-growing faculative anaerobes)인 Lactobaccilacea, Enterobacteriacea가 주를 이루고 있다 (그림 1).

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장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향 김용규 Page 3 / 12 담즙산은 계면 활성제 특성 (surfactant properties)으로 인해 특정 미생물에 대한 살균 효과를 가지며, 이로 인해 소장 내 마이크로바이오타의 구성을 전반적으로 결정하는 역할을 하는데 담즙산을 과도하게 주입한 마우스의 경우 Firmicutes의 성장이 촉진되는 반면 Bacteroidetes 의 성장은 저해한다 [8]. 특징적으로 소장 내 미생물은 대장에 비해 제한된 다양성을 갖고, 특정 Clostridia 종과 Proteobacteria에 속하는 종들이 풍부하다. 소장은 숙주가 영양분을 흡수하는 주요 기관이기 때문에 영양소 흡수에 경쟁자가 될 수 있는 다양한 미생물의 과도한 성장이 숙주가 분비하는 답즙산과 항균 펩타이드로 인해 제한되고 있다. 맹장과 대장은 인체 내 모든 부위를 통틀어 가장 많고 다양한 미생물을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 인간의 경우 그 기능이 중요치 않다고 알려져 있지만, 초식 동물과 마우스의 경우 소장과 대장 사이에 상대적으로 큰 크기의 맹장이 존재하고, 식물성 섬유질(plant fibre)이 Ruminococcaceae와 Lachnospiraceae가 주요 구성원인 마이크로바이오타에 의해 소화되는 것으로 알려져 있다. 반면 대장 내의 미생물들은 소장에서 흡수되지 못한 저항성 다당류 (resistant polysaccharides)를 소화하는 기능을 주로 담당하며, 저농도의 항균제와 소화물(digesta)의 느린 이동, 단당류의 부재로 인해 대장 내에는 Clostridia와 Bacteroidacea 같은 발효성 다당류 분해 혐기성균 (fermentative polysaccharide-degrading anaerobes)이 풍부하게 존재한다 [9].

인간의 장은 소장부터 대장까지 배상 세포(goblet cell)라고 불리는 점액층 분비 세포가 상피 (epithelium)를 덮고 있어 장 내강과 인간의 조직 사이에 경계를 형성한다. 소장은 단일 점액층으로 덮여있는 반면, 대장은 단단한 겹합의 내부 점액층과 약간 느슨한 상태의 외부 점액층 두 겹으로 이루어졌다. 대장 외부 점액층은 많은 미생물이 밀집해서 거주하는 반면, 내부 점액층은 거의 멸균 상태인데, 이는 외부 점액층 자체가 미생물들이 내부 점액층으로 들어오는 것을 막고 있는 장애물이기 때문이다. 더불어, 내부 점액질은 대장 상피와 직접적으로 맞닿아 있기 때문에 상피 세포에서 분비되는 항균 물질과 산소가 상대적으로 고농도로 존재하고 이로 인해 미생물이 증식하는 것을 제한한다 [12]. 그 결과, 대장 점액층 미생물 군은 내강 미생물 군과 크게 다른 구성을 보여주는데, 점액층에는 Actinobacteria, Proteobacteria에 속하는 미생물들이 풍부하며 특히

Bacteroidetes acidifaciens, Bacteroides fragilis, Akkermansia muciniphila와 같은 점액 분해자들이 집중적으로 분포하고 있다 [13, 14]. 하지만, 흥미롭게도 점액층 내 미생물은 1 cm 차이에도 매우 다른 구성이 나타난다.

일부 박테리아는 점액층을 뚫고 들어와 대장 크립(crypt)의 상피 세포와 직접적인 접촉을 하는 것이 전자 현미경을 통해 관찰 되었는데, 이는 건강한 사람의 경우 점액층 표면에 미생물이 존재하지 않는다는 통설과 반대된다 [15]. 하지만 레이저 현미 해부와 시퀀싱을 이용한 최근의 연구 결과는 Acinetobacter와 호기 대사(aerobic metabolism)가 가능한 Proteobacteria가 많이 밀집되어 있는 것을 보여 주었고, 이 미생물들은 숙주의 면역 시스템을 조절함과 동시에 숙주가 분비하는 영양분을 섭취할 수 있는 능력이 있는 것으로 알려져 있다 [16, 17].

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장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향 김용규 Page 4 / 12 그림1. 인간 장내의 주요 미생물 분포. 인간의 장은 소장부터 대장까지 생리화학적으로 다양한 환경으로 구성되며 이에 따라 다양한 미생물 군이 지배적인 그룹을 형성한다. 장 내부는 접혀있기 때문에 수직 단면으로 잘랐을 때 산소 및 숙주로부터 분비되는 다양한 물질이 농도 구배를 형성하고 이로 인해 한 단면 내에서도 공간적으로 다양한 마이크로바이오타 구조가 이루어진다 [7].

3. 장내 미생물 구성에 영향을 주는 인자

3.1. 식단과 영양 음식물의 지방산과 단순 탄수화물은 소화 과정 중 주로 소장에서 숙주에게 흡수 되고, 흡수되지 못한 복합 다당류(complex polysaccharides)는 대장 내 미생물의 발효원으로 사용된다. Bacteroidetes는 대표적인 다당류 분해 미생물로서 대장 내에 가장 다양하고 많은 수로 존재한다

[18]. 이들은 식이성 다당류와 숙주의 점액 글리칸(host-derived mucin glycan)을 주로 소화하는데,

Bacteriodetes thetaiotaomicron은 88개의 starch utilization system(Sys) 관련 유전자를 보유하고 있기 때문에 다양한 형태의 다당류 소화가 가능하다 [19]. 음식을 통해 섭취된 다당류는 주로 대장 내강에 존재하는 미생물의 구성을 조절하고, 그로 인한 영향은 대변 미생물 분석에 여실히 보여진다. 예를 들어, 식물성 식단과 동물성 식단을 교환한 인간 실험에서 각 식단에 따라 장내 미생물 구성은 비록 일시적이지만 단시간 내에 확연히 변화 되었다 [20]. 복합 탄수화물 이외에, 모든 미생물이 에너지원 및 영양소로 사용할 수 있는 단당류와 이당류의 경우, 이를 흡수 및 소화 하는데 있어서 대장 미생물 사이에 순서가 있었으며, 이는 우리가 섭취하는 음식들이 얼마나 빠르고 눈에 띄게

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장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향 김용규 Page 5 / 12 장내 미생물 구성을 변화 시킬 수 있는지 잘 설명해 주는 예이다. 대장 내강과 달리 점액층은 균일한 영양 상태와 생리학적 특성으로 인해 식단과 영양으로부터의 영향이 제한적인 미생물 군을 보유하고 있으며, 오로지 점액 분해와 대사 능력을 가진 미생물 군이 점액층 내에 자리 잡는 것이 가능하다. 대표적인 점액층 미생물군인 Akkermansia muciniphila는 점액소 분해 능력 덕분에 영양 결핍 상태에서도 성장이 가능하며, 그 결과 동물들이 겨울 잠을 자는 동안에 대장 내 번식이 증가하였다 [21]. 더불어, 소장 내 감염 상태나 복합 탄수화물이 제한된 식단을 섭취했을 경우에도 점액소 분해자 미생물들의 활성은 증가하는 것이 발견되었다 [19, 22]. 하지만, 점액층 형성과 관련된 숙주의 유전자를 조작한 경우 점액층 내 미생물 구성 역시 바뀌었고, 차례로 변화된 점액층 내 미생물 군집은 숙주의 점액 유전자의 발현에 영향을 미치는 것이 마우스 실험에서 발견되었다 [23]. 이는 건강한 점액층 형성은 숙주와 장내 미생물의 상호 작용을 통해 이루어짐을 보여 주는 예이다. 3.2. 항미생물제

소장 크립(crypt)의 끝에는 파네트세포(paneth cell)라고 불리는 상피 면역 세포가 박테리아의 성장을 억제하는 다양한 종류의 항미생물제(antimicrobials)를 분비한다 [24]. 항미생물제들은 양이온 펩타이드로서 음전하를 띄고 있는 박테리아의 세포막과 결합하여 박테리아를 파괴하는데, 소장 시작부터 대장으로 갈수록 농도는 낮아지고 이로 인해 소장 내 박테리아의 수와 종류는 대장과 가까울 수록 증가한다. REGIIIγ를 비롯해 α와 β-defensin 등이 선천성 면역계로부터 소장에 분비되어 외부 미생물의 감염을 억제하고 숙주 상피 세포를 장내 미생물로부터 보호하는 역할을 하는데, Bacteroidetes와 Firmicutes와 같이 건강한 공생관계의 장내 미생물들은 숙주가 분비하는 항미생물제에 대해 저항성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다 [25]. 인간의 장내는 혐기성 환경(anaerobic condition)으로 대부분의 장내 미생물 역시 혐기성 균이다. 하지만, 이들이 건강하게 생존하기 위해서는 숙주가 산소호흡을 통해 만들어내는 활성 산소에 대해서 반드시 저항성을 가져야 한다. 활성 산소는 숙주의 조직 세포에서 내강으로 멀어질 수로 낮은 농도로 존재하는데, 점액층 내의 상대적으로 높은 산소 농도는 장내 박테리아 중에 활성 산소에 대응 할 수 있는 미생물을 선별하고, 그로 인해 점액층 내의 미생물 군은 내강에 비해 단순하고 안정적인 구성을 갖는다 [26]. 3.3. 점액질과 유착 장에서 분비되는 MUC2는 펩타이드 결합을 통해 점성이 있는 젤 형태의 매트릭스를 상피 세포 표면에 형성하여 병원성 세균뿐만 아니라 공생하는 장 미생물의 접근을 방해한다 [27]. 그럼에도 불구하고 일부 박테리아는 헤엄을 치거나 이동 경로 상에 점액질을 분해하여 점액층을 뚫고 숙주 세포에 도달한다. 대표적으로 장 감염균인 Salmonella enterica subsp. Enterica serovar Typhimurium는 편모(flagella)와 주화성(chemotaxis)을 이용하고 [28], E. coli와 Shigella flexneri는 점액 결합 세린 프로테아제(mucin-binding serine protease)인 Pic을 분비하여 점액층을 분해한다.

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하지만, 흥미롭게도 Pic은 점액층 분해와 동시에 새로운 점액층 분비를 촉진하여 다른 장내 미생물들이 숙주 상피세포로 접근 하는 것을 막는다 [29].

더불어, 소장 내 미생물들은 숙주 상피 세포에 유착을 통해 마이크로바이오타 구성에 영향을 미치기도 한다. Helicobacter와 segmented filamentous bacteria(SFB)는 위와 소장 벽에 유착되어 있는 대표적인 예로서, 숙주 세포와의 유착을 통해 숙주의 면역 반응과 자가 면역 질병과 큰 연관이 있는 것으로 알려져 있다 [30,31]. 이들 박테리아는 외부막 단백질, 캡슐, 렉틴(lectin), 부착소(adhesin), 핌브리아(fimbriae)를 이용하여 점액층과 숙주 상피 세포에 유착하게 되는데, 이러한 유착 기작은 병원성균뿐만 아니라 유익균에게서도 발견되었다. Lactobaillus 균은 위 상피 세포에 유착층을 형성하고 효모(yeast)나 Staphylococcus가 위벽에 유착되는 것을 방해하는데 [32,33], 세포 벽에 고정된 점액 결합 단백질은 Lactobacillus에 특이적으로 결합과 유착을 유도한다고 알려져 있다 [34]. 3.4 면역 제어 장 내에 공생관계로 거주하는 미생물들은 반드시 숙주의 면역계에 대한 내성이 있어야 한다. 많은 장내 미생물은 숙주에서 분비되는 sIgA(secreted Immunoglobulin A)로 세포막을 둘러싸고 점액층에 바이오필름을 형성 함으로써 자기 자신 뿐만 아니라 숙주를 감염균으로 보호하는 역할을 한다 [35]. 더불어 숙주의 천연 항체는 장내 미생물의 협막 다당질(capsular polysaccharides)을 인지하여 병원성 감염균과 유해균을 구분한다.

하지만, 숙주의 면역계는 무수히 다양하고 끝없이 진화하는 미생물을 모두 인지하고 숙주에 유익한 균만을 선택하는 것이 불가능하다. 그래서 일부 박테리아는 스스로 숙주 면역계에 대한 내성을 강화시킨다. Bacteroidetes fagilis와 Clostridium spp.는 특이적인 협막 다당질 구성과 SCFA 분비를 통해 조절 T 세포가 항염증성 인터루킨 10(anti-inflammatory interleukin-10: IL-10)을 생산하도록 유도하여 대장 내 점액층에 숙주 면역계 저항 없이 안착한다 [36, 37]. Bifidobacterium breves는 expopolysaccharides를 이용하여 염증성 사이토카인 (inflammatory cytokine) 분비와 면역 B 세포 반응을 억제하여 면역 내성을 증가시키는데, 이와 같은 방법들은 숙주의 면역계를 일시적으로 또는 부분적으로 억제하여 선택적으로 장내 적응하는 방법이다.

이와 반대로 SCFA와 점액 형성은 비특이적으로 장내 미생물의 성장을 유도한다. 낙산(butyrate), 프로피오네이트(propionate), 아세테이트(acetate)와 같은 SCFA는 대장 내 유익균들의 당 발효 생산물로서 대장 내 물질 대사에 매우 중요하다. 그렇기 때문에 숙주는 SCFA 농도를 인지하고 이는 조절 T 세포 성장에 영향을 주어 대장 내 발효 미생물들의 성장을 자극한다 [38, 39]. 이와 비슷하게 점액은 수지상 세포(dendritic cell)에 인지되어 염증 신호의 발현을 저해하고 건강한 점액 분해 미생물들이 점액층 내에 면역 거부 없이 안전하게 자리 잡을 수 있도록 유도한다.

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4. 장내 미생물과 연관된 질병

4.1. 과민성 대장 증후군 (irritable bowel syndrome: IBS)

과민성 대장 증후군은 다양한 병인이 있지만, 대장 마이크로바이오타의 디스비오시스와도 직접적인 연관이 있는 것으로 알려져 있다 [40]. 장내 미생물 불균형은 병원균이 대장 벽에 침투 하는 것을 막지 못하는데, 정상인과 비교했을 때 과민성 대장 증후군 환자의 마이크로바이오타는

Ruminococcus, Clostridium, Dorea를 포함해 Firmicutes가 증가한 반면 Bifidobacterium과

Gaecalibacterium은 현저하게 감소하였으며, 일반적으로 Bacteroidetes에 대한 Firmicutes 비율이 높은 것이 큰 특징이었다 [41].

4.2. 염증성 장 질환 (inflammatory Bowel disease)

궤양성 대장염(Ulcerative colitis)과 크론병(Crohn's disease)을 통들어 염증성 장 질환이라고 부르는데, 이들은 사실 증상과 염증 형태가 다른 질병이지만 공통적으로 인간의 유전 형질과 대장 마이크로바이오타에 의해 발병된다 [42]. 단일 병원성균 감염보다는 전체적인 장내 미생물군 구조의 변형, 즉 디스비오시스가 주 원인으로 알려져 있다. 대장 마이크로바이오타는 점막 병변(mucosal lesions)을 일으키는 주요 원인으로서 장내 미생물의 수와 다양성 감소가 장염과 직접적인 연관이 있다. 예를 들어, 크론병의 경우 Firmicutes 감소와 Gammaproteobacter 증가, 그리고 부착성 침습

E.coli (adherent invasive E.coli)와 Mycobacterium paratuberculosis의 회장 점막(ileal mucosa) 내 증가가 눈에 띄는 마이크로바이오타 변형인 반면, 궤양성 대장염 환자에게서는 Enterobacteriacea가 크게 증가하였으며, Faecalbacterium prausnitzii 감소는 궤양성 대장염, 크론병 환자 모두에게서 관찰되었다 [43].

추가적으로, 생체(biopsy)와 대변 (stool) 시료를 이용한 실험에서 염증성 장 질환의 상태에 따른 Enterobacteriacea, Ruminococcacea, Leuconostocaceae 분포의 변화가 관찰되었는데,

Clostridium은 병이 악화됨에 따라 증가한 반면, 대장 내 유익균으로 알려진 SCFA 생산자, Roseburia와 Phascolarctobacterium은 궤양성 대장염과 크론병 환자 모두에게서 감소하였다 [44]. 흥미로운 점은, 질병을 유발하는 디스비오시스는 주로 점액 시료 내에서 발견되었고, 숙주와 직접적인 접촉을 하고 있는 미생물들이 발병에 더 큰 영향을 미치는 것으로 추정된다. 4.3. 대장암(colorectal cancer) 일반적으로 대장암 환자의 경우 Firmicutes와 Bacteroidetes의 비율이 모두 낮아지는 것이 특징인데, Fusobacterium 증가가 대장암과 연관이 크다는 것이 형광동소보합법(Flourescent in situ

hybridization)과 시퀀싱을 통해 알려져 있다 [45]. F. nucleatum, F. mortiferum, F. necrophorum 등은 종양에 집중적 분포하면서, 염증을 유발하고 악성 종양 형성을 유도하는 것으로 예측되는데,

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알려져 있다 [46, 47].

상피 세포가 허물어진 대장 종양 세포에는 미생물의 다양한 대사 물질들이 흡수되어 숙주의 면역 반응으로 인해 염증이 유발되고 종양 자체가 커지되는데 [48], 숙주 면역계의 과도한 반응으로 인해 유익한 장내 미생물도 영향을 받아 마이크로바이오타의 다양성은 전반적으로 감소된다. 하지만,

E.coli를 포함한 Proteobacteria의 비율은 증가하는 것이 발견되었고, E.coli에서 분비되는 제노톡신(genotoxin)이 숙주의 유전자에 변형을 유발하여 종양이 암으로 발전하도록 유도하는 것으로 예측된다 [49]. 4.4. 비만 (obesity) 비만은 지속적으로 이루어진 식습관과 영향 불균형으로 인한 것이지만 생활 습관만으로는 설명하기 어려운 부분이 있으며, 최근 연구에서 장내 미생물도 비만과 큰 관련성이 있는 것이 제기되었다. 에너지 섭취 효율이 높은 미생물군의 증가는 비만을 유발하기도 하지만, 모든 비만 환자에게서 발견되는 현상은 아니고, 장내 마이크로바이오타가 숙주의 체중 증가와 물질대사에 미치는 영향은 더 복잡하고 다양한 경로를 통해 이루어지고 있다 [50]. 유전적 변형과 고칼로리 식사를 주입한 마우스 실험에서는 대조군에 비해 Firmicutes의 비율은 증가하고 Bacteroidetes는 낮아지는 것이 발견되었으며, 실제 사람을 이용한 실험에서도 체중이 감소함에 따라 Firmicutes : Bacteroidetes 비율이 감소되는 것이 관찰되었다 [51]. 하지만, 쌍둥이를 연구한 또 다른 실험에서는

Bacteroidetes이 비율은 감소한 반면 Firmicutes는 변함이 없고 Actinobacteria의 비율이 증가되는 것이 비만 그룹에서 관찰되었는데 [52], 여전히 비만과 관련된 마이크로바이오타 연구는 나이, 성별, 유전적, 환경적 차이 등 다양한 변수들이 존재하고 이를 적절히 통제하는 지속적인 연구가 필요한 상황이다. 4.5. 제 2형 당뇨 (type 2 diabetes) 제 2 형 당뇨는 비만에서 기인한 인슐린 저항성으로 인한 문제이지만, 건강한 사람들과 비교했을 때 현저한 마이크로바이오타의 변형이 수반 되는 것으로 알려져 있다. 이러한 변형이 제 2형 당뇨의 원인인지 결과인지에 대해서는 아직 명확하지 않지만, 비만과 제 2형 당뇨 등 다양한 대사 질환과 마이크로바이오타 관련 연구가 진행 중이다. 제 2형 당뇨 환자 군에서는 건강한 대조군과 비교했을 때, 비만 환자와는 반대로 Clostridia를 포함한 Firmicutes의 비율이 줄고

Bacteroidetes와 Betaproteobacteria는 비율이 증가하는데 [53], 낙산을 생산하는 Roseburia intestinalis와 Faecalibacterium prausnitzii 비율이 감소하여, 내독성(endotoxin)이 증가하여 대사적 염증 반응을 일으킨다 [54].

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장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향 김용규 Page 9 / 12 그림2. 숙주와 공생 마이크로바이오타 사이의 순환적 평형과 불균형. 생체 항상성 상태에서 병원균 감염과 같은 자극이 주어졌을 때 숙주는 염증을 일으키고 면역 반응을 한다. 이는 세포 조직 파괴와 마이크로바이오타의 디스비오시스로 이어지고 적절한 치료 여부에 따라 준안정상태로 회복되어 생체 항상성을 복구하거나 만성 질병으로 발전될 수 있다.

5. 결론

우리 몸에는 이미 인간의 세포보다 10배 이상 많은 미생물이 살고 있고, 박테리아 감염뿐만 아니라 몸 속 미생물의 불균형은 다양한 질병과 연관되어 있다. 본문에서 언급한 대로 각각의 질병은 발병 원인과 부위, 그리고 해당 부위에 거주하고 있는 체내 미생물의 종류에 따라 다양한 반응이 나타난다. 하지만, 그림 2에서 보듯이 마이크로바이오타와 연관된 모든 질병은 평형과 불균형의 순환적 구조를 통해 나타난다. 체내 미생물인 마이크로바이오타는 숙주가 건강한 상태에는 구성이나 활성이 항상성 상태를 유지하고 있다. 그러나, 병원균 감염이나 영양 불균형, 극심한 스트레스로 인한 숙주 물질 대사의 저하 등으로 인해 체내 염증이 유발되면 숙주 세포 조직이 파괴되고 이는 마이크로바이오타의 디스비오시스를 야기한다. 이렇게 변형된 마이크로바이오타는 적절한 치료를 통해 회복 가능하지만, 때로는 비가역적인 형태로 변형되어 만성 질환이 되기도 한다. 이러한 순환적 발병 기작 내에서 마이크로바이오타의 변형이 질병의 직접적인 원인인지 결과인지는 물론 명확히 알 수가 없다. 그러나 디스비오시스는 최근 시퀀싱 기술의 발전을 통해 아주 손쉽고 빠른 진단 대상으로 사용될 수 있으며, 이를 역추적함으로써 해당 질병의 근본적인 원인이 되는 요소도 찾아낼 수 있는 잠재력이 매우 크다. 그러므로 향후 마이크로바이오타와 질병 관련 연구는 단순히 질병과 연관된 디스비오스 발견을 넘어서, 미생물과 미생물, 미생물과 숙주 사이의 상호 작용을 분자 생물학적 관점에서 풀어내는데 초점을 둘 것으로 예측된다.

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6. 참고 문헌

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The views and opinions expressed by its writers do not necessarily reflect those of the Biological Research Information Center. 김용규(2016). 장내 미생물과 그와 관련된 질환의 연구 동향. BRIC View 2016-T05.

Available from http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=2475 (Mar 02, 2016) Email: [email protected]