Journal of Bacteriology and Virology 2011. Vol. 41, No. 1 p.63 – 64 DOI 10.4167/jbv.2011.41.1.63
Journal Walk Regarding the Expanding Role of Microbiota in Our Gut
Jae-Seung Kang
*Department of Microbiology, Inha University School of Medicine, Incheon, Korea
저자는 최근 관심이 높아지는 분야의 최신 논문으로 'Toll 유사 수용체 5가 결핍된 마우스에서 일어나는 위장 관 미생물체의 변화와 대사증후군(Gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5. Science 2010:328;228-31)'을 읽고 이에 대한 요약과 이 분야에 대한 저의 견해를 아래와 같이 전달하고자 합니다.
요 약
대사증후군은 비만과 관련된 대사 이상으로, 제2형 당 뇨병과 여러 심혈관 질환의 발생 위험성을 증가시킨다.
이 논문에서는 유전적으로 Toll 유사 수용체 5(Toll-like receptor 5, TLR5)가 결핍된 마우스에서 과식증, 고지혈증, 고혈압, 인슐린 저항성 등의 대사증후군의 특징적인 증상 이 나타남을 보이고 있다. TLR5는 선천면역계의 패턴인 지수용체(pattern recognition receptor, PRR)의 하나로 잘 알려져 있으며, 점막 상피세포에 발현되어 위장관에서 감 염에 대한 방어 기능을 수행한다. 흥미롭게도 TLR5가 결 핍된 마우스에서 나타나는 이런 대사 변화는 위장관의 미생물체(microbiota)의 조성 변화와 연관성이 있다. 즉 TLR5 결핍 마우스의 위장관 미생물체를 유전적으로 정 상인 마우스에 이식하면 이 마우스에 여러 대사증후군의 증상이 유발된다. 또한 먹이를 제한하면 TLR5 결핍 마 우스의 비만은 막을 수 있지만 인슐린 저항성은 여전히 나타난다. 이런 결과는 위장관의 미생물체가 대사성 질 환의 발생과 관계가 있으며, 다른 한편으로는 선천면역
계의 기능 이상이 대사증후군 발생에 기여하리라는 것을 시사하고 있다 (1).
해 설
최근 우리 몸 속에 함께 생존하는 정상균무리에 대한 연구에 관심이 증가하고 있다. 코흐와 파스퇴르 시대 이 후로 세균은 인간에게 질병을 일으키는 나쁜 세균이라는 개념이 우세했으며, 과학이 발달함에 따라 항생제, 백신, 위생 개선 등으로 세균을 물리치는 여러 개념과 기술이 개발되었고 많은 성공을 거둔 것도 사실이다 (2). 이와 함 께 그간의 연구에 의해 우리 몸의 정상균무리가 우리 몸 의 생리 활동에 긴밀히 관여한다는 사실이 알려졌고, 특 히 최근에는 염기서열 결정 등 관련 분야의 기술이 발전 함에 따라 보다 자세하고 구체적인 관련성이 입증되고 있다. 이중 가장 흥미로운 연구 결과는 대사증후군과의 연관성이다. 대사증후군은 고지혈증, 고혈당, 인슐린 저항 성, 비만, 지방간 등의 여러 대사 이상을 포함하고 있다.
대사증후군의 발생 원인은 칼로리 섭취의 증가와 운동 부족에 기인하며 이로 인한 영양분 과다는 만성염증을 유발하고 인슐린에 대한 대사반응을 저하시켜 고혈당과 당뇨병을 촉진한다고 알려져 있다.
몇 년 전부터 위장관의 미생물체가 비만 발생에 관련 되어 있음이 연구되기 시작했다 (3). 특히 최근의 연구 결과에 따르면 사람이나 마우스에서 비만의 발생이 위 장관 내에서 Bacteroidetes와 Firmicutes의 상대적인 증가 와 관계가 있으며, 실험적으로 비만한 마우스의 미생물 체를 정상 마우스에 이식하면 정상 마우스의 지방 총량 이 늘어남이 보고되었다 (4). 그러므로 위장관 내의 미생 물체는 기존에 알려진 역할 외에도 좀 더 인간의 생리 활동과 건강에 긴밀히 연관되어 있음을 알 수 있다. 여기
Received: February 10, 2011/ Revised: February 25, 2011 Accepted: March 2, 2011
*Corresponding author: Dr. Jae-Seung Kang, Department of Microbiology, Inha University School of Medicine, Jungsuk B/D, 3rd Street, Shinheung- Dong, Choong-Gu, Incheon, 400-712, Korea.
Phone: +82-32-890-0952, Fax: +82-32-881-8559 e-mail: [email protected]
Letter to the Editor
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서 소개하는 논문에서는 기존의 연구 결과에 더하여, 위 장관의 미생물체의 조성은 환경과 유전 요인 외에 선천 면역계에 의해서도 변할 수 있으며 이런 변화가 질병 발 병에 역할을 함을 시사하고 있다. 즉 마우스에서 TLR5가 결핍되면 사람의 대사증후군과 유사한 여러 표현형이 나 타남을 입증하고, 그 기전으로 위장관 내의 미생물체 변 화로 인한 염증 발생으로 추정하고 있다. 그러므로 본 연 구의 결과는 위장관 내의 미생물체의 조성이 사람의 건 강에 중요한 영향을 미침을 다시 한번 강조하고 있다.
소개한 논문의 결과처럼 인체의 미생물체 조성의 중요 성에 관한 보고는 최근 많이 발표되고 있다. 예를 들면, 미생물체의 조성은 적응면역계(adaptive immune system) 에 영향을 미치며, 특히 조절 T 림프구(regulatory T cell) 과 TH17 림프구의 상대적인 비율을 변화시켜 자가면역 질환과 같은 질병 발생에 기여할 가능성이 제시되었으며 (5), Hilty 등 (6)은 천식 환자의 호흡기에서 미생물체를 분석하여 천식 환자의 경우 미생물체 조성의 혼란이 있 음을 보고하였다. 즉 천식이 있는 어린이의 호흡기에는 Proteobacteria가 상대적으로 증가하였고 Provotella 같은 Bacteroidetes는 감소함을 보고하였다. 그러므로 미생물체 의 조성은 위장관 뿐만 아니라 호흡기계의 건강에도 중 요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 본 해설에서 전부 언급할 수 없지만, 최근의 유전학적 기술의 발달로 인체 의 여러 장기의 새로운 미생물체의 조성이 알려지고 있 으며 (7), 앞으로도 이런 미생물체와 사람의 건강과 질병 에 관한 더 많은 지식이 축적되리라 예상한다.
마지막으로, 최근 세균학 분야의 연구자의 감소와 연구 비의 지원 감소는 전세계적인 추세이며, 이는 세균 감염 의 문제가 위생 개선이나 항생제 사용, 백신 기술 개발 등으로 많이 해결된 것과 연구의 주된 관심이 암 치료나 노화 억제 등, 건강인의 삶의 질 증진에 집중됨과 연관이
있으리라 생각된다. 이러한 환경에서 인체 미생물체의 조 성과 질병과의 관련 연구는 세균학 연구자들의 신세계가 될 수도 있음을 지적하고 싶다. 더구나, 미생물체의 조성 변화를 통해 삶의 질을 높일 수 있다는 가능성은, 건강 식품이나 의약품 개발 등 여러 관련 분야와의 대형 공동 연구를 기대할 수 있게 한다. 앞으로 많은 미생물 학자들 의 이 분야에서의 연구 활동을 기대한다.
참 고 문 헌
1)Vijay-Kumar M, Aitken JD, Carvalho FA, Cullender TC, Mwangi S, Srinivasan S, et al. Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5.
Science 2010;328:228-31.
2) Pennisi E. Body's hardworking microbes get some overdue respect. Science 2010;330:1619.
3) Bäckhed F, Ding H, Wang T, Hooper LV, Koh GY, Nagy A, et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc Natl Acad Sci USA 2004;101:15718-23.
4) Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, Gordon JI. Microbial ecology:
human gut microbes associated with obesity. Nature 2006;
444:1022-3.
5) Lee YK, Mazmanian SK. Has the microbiota played a critical role in the evolution of the adaptive immune system? Science 2010;330:1768-73.
6) Hilty M, Burke C, Pedro H, Cardenas P, Bush A, Bossley C, et al. Disordered microbial communities in asthmatic airways.
PLoS One 2010;5:e8578.
7)Bik EM, Eckburg PB, Gill SR, Nelson KE, Purdom EA, Francois F, et al. Molecular analysis of the bacterial microbiota in the human stomach. Proc Natl Acad Sci USA 2006;103:
732-7.
