등록일2013-09-12
몸의 활동이 적은 현대의 삶과 고열량 식생활 등이 과도한 지방의 축적으로 나타나는 신체 대사 이상을 야기하고 있다. Global scale로 2005년의 4억명의 성인 비만이 2015년에는 7억명에 달할 것으로 예측되고 있으며, 이 트렌드는 적어도 2030년까지 계속될 것으로 보고 있다. 어떠한 사람은 현대생활의 비만을 발생시키는 요인에 다른 사람들보다 민감한데, 이는 중요한 유전적으로 물려 받은 인자가 있음을 시사한다. 인간 게놈의 변이의 연구에서 현재까지 50가지 이상의 입증된 게놈이 전반적인 지방과다와 체지방 구성에 깊게 관여되어 있음을 보였다. 그러나, 여러 비만에 민감한 변이들이 발견되었음에도, BMI와 유전적 변이의 상관비율은 높지 않다. 실제 인체 내의 미생물의 게놈의 변이가 인간 게놈의 변이보다 비만의 병인에 더 큰 역할을 가질 수 있다는 연구가 나타나고 있다.
쥐의 실험에서 비만형질이 장내 미생물의 이식으로 옮겨짐을 볼 수 있었기에 이러한 장내 미생물의 차이는 비만의 결과보다는 비만의 병인에 장내미생물 군이 큰 역할을 하는 것으로 보인다.
유럽의 학계와 산업계의 consortium으로서 장내 미생물의 게놈을 연구하는 MetaHIT Consortium이 292명의 지원자로부터 절식 후의 혈액 채취 및 인체 측정 후, 변을 채취하여 냉동 보관 후 DNA를 추출하고 시퀀싱을 하여 유전자를 분석하였다.
장내 미생물 유전자의 Bimodal distribution
HITChip(Human intestinal tract chip)분석을 통하여, bimodal distribution을 확인하였고, 480,000이하의 gene을 가진 사람을 LGC(Low Gene Count), 그리고 이상을 가진 사람을 HGC(High Gene Count)로 분류하였다. 이들의 각각 평균치는 380,000과 640,000이었다.
Figure 1. LGC와 HGC 개체의 분포
장내 미생물의 구성은 오랜 기간 동안 대체로 안정하게 유지되는 경향이 있으므로, 장 미생물의 풍요도는 개인의 특성으로 판단될 수 있다.
LGC 그룹과 HGC 그룹의 장내 미생물 종류
LGC에는 Bacteroides, Parabacteroides, Ruminococcus, Campylobacter, Dialister, Porphyromonas, Staphylococcus와 Anaerostipes들이 주로 있고, HGC에는 Faecalibacterium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Butyrivibrio, Alistipes, Akkermansia, Coprococcus, Methanobrevibacter 들이 주로 있음이 확인되었다.
Figure 2를 참고하면 얼마나 다른지 확인할 수 있다.
Figure 2. 292명의 HGC와 LGC에서 다른 분포를 보이는 박테리아 종
LGC군과 HGC군의 미생물 대사
LGC로 분류되는 사람은 높은 peroxidase, catalase와 TCA modules을 가진다. 이는 산소/산화 스트레스에 노출되는 것을 조절하는 능력이 높아져 있음을 보인다. 게다가 숙주의 건강에 해를 끼칠 가능성이 높은 대사체를 생성할 가능성이 높은 유전자를 많이 가지고 있다.
HGC로 분류되는 사람은 높은 수소의 생성과 함께 락테이트, 프로피오네이트와 부티레이트같은 유기산을 많이 생성하는 것이 특징이다.
LGC는 다음의 특징을 정리할 수 있었다.
(1) 부티레이트 생성 박테리아의 감소
(2) 높아진 점액 분해 기능과 낮아진 Akkermansia 대 R. torque/gnavus의 비율
(3) 감소된 수소와 메탄 생성 및 증가된 황화 수소 생성
(4) Campylobacter/Shigella의 증가
(5) 산화 스트레스를 조절하는 (peroxidase) 기능의 증가
Figure 3. LGC 장내 미생물의 기능 및 계통발생학적 변화
HGC 그룹과 LGC 그룹의 표현형
LGC는 전체 연구대상 군의 23%를 차지하였고, 높은 비만율 및 지방과다를 보였다. 이는 높은 혈중 렙틴, 낮은 아디포넥틴, 인슐린 저항성, 높은 혈중 인슐린, 높은 혈중 트리글리세리드, 자유 지방산, 감소된 HDL, 높은 염증관련 형질을 보이는 것과 관련되어 있다.
표 1. LGC와 HGC로 계층화한 292명의 특징
마른 사람과 비만인 사람의 장 미생물을 보았을 때, 저자들은 장내 미생물 게놈의 비만관련 시그널이 인간 게놈이 비해 훨씬 강하다고 이야기하고, 장내 미생물의 게놈 연구로 인간의 비만관련 질환의 위험도를 확인할 수 있을 것이라고 한다.
Salk Institute의 Gene Expression Laboratory의 Sungsoon Fang과 Ronald M. Evans는 이러한 발견들이 장내 미생물의 풍요도의 계층화는 인체 대사와 염증 진행의 예측을 가능하게 함으로써, 새로운 바이오마커로 작용할 수 있을 것이라고 하였다.
그렇다면, dietary intervention이 장내 미생물에는 어떠한 영향을 미칠까? 프랑스의 Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale의 Cotillard 팀은 LGC 그룹과 HGC 그룹에 6주간 칼로리를 제한한 식이요법을 실시하여, LGC 그룹에서 장내 미생물 유전자의 다양성의 현격한 증가를 보였다. 그러나 이는 HGC 그룹에 비해서는 부족하였고, HGC 그룹은 식이요법 이후에도 장내 미생물 유전자 다양성에 큰 변화는 없었다. LGC 그룹의 장내 미생물 유전자의 증가는 체중감소, 콜레스테롤의 변화는 있었으나, 짧은 기간으로 염증이나, 만성질환에는 영향을 주지 못하였다.
[근거]
Emmanuelle Le Chatelier et al. Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers, Nature 500, 541~546 (29 August 2013) doi:10.1038/nature12506
Aurelie Cotillard et al. Dietary intervention impact on gut microbial gene richness, Nature 500, 585~588 (29 August 2013) doi:10.1038/nature12480
Sungsoon Fang and Ronal M. Evans Microbiology: Wealth management in the gut, Nature 500, 538~539 (29 August 2013) doi:10.1038/500538a