“내 배 속에 뭐가 든거야” 장내 미생물이 건강 좌지우지한다 [사이언스라운지]

장내 미생물. [사진=픽사베이]

국제 통계사이트 ‘월드오미터’에 따르면 전 세계 코로나19 확진자는 약 7억명으로 집계된다. 약 81억명의 세계 인구 10명 중 1명이 코로나19에 걸린 셈이다. 엄청난 숫자만큼 확진자별로 겪는 증상은 천차만별이다. 미국 연구팀이 이런 천차만별의 증상 원인을 장내 미생물에서 찾았다. 장내 미생물 군집에 따라 감염 증상 정도가 덜 할수도 심할수도 있다는 것이다.

앤드류 제워츠 미국 조지아주립대 생의학연구소 산하 중개항바이러스연구센터 교수 연구팀은 지난달 30일(현지시간) 이 같은 연구결과를 국제학술지 ‘세포 숙주 및 미생물(Cell Host & Microbe)’에 발표했다.

인간의 몸에는 체세포보다 많은 100조 개의 미생물이 공생하고 있다. 장내 미생물은 인간의 장 속에 사는 미생물이다. 위와 소장, 대장 등에 살며 음식물 소화와 배설 등을 돕는다. 최근에는 여러 연구 결과를 통해 장내 미생물이 단순 소화과정 뿐 아니라 장 내 건강, 심지어는 심뇌혈관 등 온몸 건강에 영향을 미친다는 사실이 드러나고 있다.

연구팀은 장내 미생물이 코로나19 같은 호흡기 바이러스 감염에는 어떤 영향을 미치는 지 분석했다. 특히 주목한 것은 장내 미생물 중 하나인 ‘절편섬유상세균(segmented filamentous bacteria)’이다. 절편섬유상세균은 장 벽에 단단히 달라붙어 면역세포의 형성을 자극하는 것으로 알려져 있다. 보통 늙은 개체보다 젊은 개체에서 더 많이 발견된다.

연구팀은 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐를 코로나19 바이러스에 감염시키고 절편섬유상세균의 유무에 따라 면역세포들의 활동이 달라지는지 분석했다.

그 결과 절편섬유상세균이 존재할 때 면역세포 활동이 활발해졌다. 특히 폐에 있는 면역세포의 활동이 활발해진 것으로 나타났다. 연구팀은 “호흡기 바이러스 감염이 진행됨에 따라 폐 면역세포의 활동이 줄어 들었다”며 “이때 절편섬유상세균이 폐 면역세포의 활동을 자극하는 것으로 관찰됐다”고 설명했다.

폐 면역세포의 활동은 호흡기 바이러스 감염 여부에 큰 영향을 미친다는 게 연구팀 설명이다. 감염 여부는 물론 증상의 정도까지 영향을 미치는 것으로 나타났다. 연구팀은 “절편섬유상세균 존재 여부에 따라 폐 면역세포 활동이 영향을 받고, 폐의 호흡기 바이러스 숫자에도 영향을 미쳤다”며 “절편섬유상세균의 유무는 코로나19 감염의 위험도를 평가할 때 중요 척도로 활용할 수 있다”고 말했다.

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과학계에서는 이번 연구결과를 장내 미생물과 호흡기 바이러스 간의 관계를 처음 밝힌 사례로 주목하고 있다. 이전에 장내 미생물이 우리 몸의 면역세포와 긴밀하게 상호작용하며 비만, 염증성 장 질환, 대장암, 류머티즘 관절염, 지방간, 당뇨 등 다양한 면역 작용과 대사 질환에 영향을 미친다는 것이 알려진 데 이어 호흡기 바이러스에도 작용을 한다는 것이 밝혀졌기 때문이다.

그렇다면 이 시점에 궁금해지는 것이 바로 어떤 장내 미생물을 가지고 있어야 건강하냐는 것이다. 사람의 장내 미생물 군집 유형은 3가지로 구분된다. 식이섬유를 많이 섭취하지 않고 고지방식을 하는 사람들에게 주로 나타나는 ‘박테로이스(Bacteroides) 타입’, 식이섬유를 많이 섭취하고 지방을 적게 먹는 ‘프리보텔라(Prevotella) 타입’, 고지방식이를 하는 사람에게 많이 나타나는 ‘루미노코크스(Ruminococcus) 타입’이다.

과학자들은 이 3가지 유형 중 하나를 이상적인 장내 미생물 군집으로 꼽을 수 없다고 말한다. 건강한 사람들이 공통적으로 보유하고 있는 이상적인 장내 미생물 군집은 없기 때문이다. 건강한 사람들은 연령이나 성별, 환경, 유전적 배경, 혈액형 등에 따라 고유의 장내 미생물 군집을 갖고 있다. 모두가 각자에 맞는 건강한 장내 미생물 군집을 갖고 있는 셈이다. 3가지 유형은 매우 광범위한 구분일 뿐이다.

더군다나 장내 미생물 군집은 하루에도 몇번씩 변화한다. 미국 샌디에이고 캘리포니아대 연구팀은 지난해 5월 사람의 장내 미생물 군집이 시시각각 변한다는 연구결과를 내놨다. 식단이나 수면, 날씨에 영향을 받아 장내 미생물의 약 60%가 하루를 주기로 변동하는 것으로 나타났다. 약 2만 개의 대변 샘플을 분석해 얻은 결과다.

연구팀은 이 연구결과를 기반으로 인체에 약물을 주입하는 시간에 따라 효과가 달라질 가능성을 제기했다. 연구팀은 “가령 코로나19 백신을 어느 시점에 맞냐에 따라 환자의 반응이 조금 다른데, 이 역시 장내 미생물 군집의 변화와 연관이 있는지 조사해야 한다”고 말했다.

건강을 위해 주목할 것은 장내 미생물의 다양성이다. 일반적으로 건강한 사람들이 장내 미생물 군집을 살펴보면 질병을 앓고 있는 사람들의 장내 미생물 군집보다 다양성이 높다. 사람의 장내 미생물 군집은 출산과 모유 수유 방식에 의해 크게 영향을 받는다. 이 시기 장내 미생물 군집의 다양성이 결정된다. 이후 성장하는 동안 다양성이 안정적으로 유지되다가 노화가 진행되면 다양성이 떨어지기 시작한다. 노화 외에 장내 미생물의 다양성을 가장 크게 떨어뜨리는 원인으로 항생제 사용이 지목된다. 항생제로 인한 장내 미생물 다양성 감소는 여러 실험에서 증명됐다.

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과학자들은 장내 미생물에 대한 연구는 아직 단편적 정보만 제공하고 있는 수준이라 입을 모은다. 전사 조절과 번역 과정 등 분자적인 수준에서의 장내 미생물에 대한 이해가 매우 부족하며 장내 미생물의 모든 유전체도 규명되지 않았다는 것이다. 밝혀진 유전체 중에서도 기능이 파악되지 않은 유전체들이 많다. 각 사람마다 고유의 장내 미생물 갖고 있어 이 고유의 군집에 대한 세부적 역할을 규명하는 것은 지금 기술로는 불가능에 가깝다.

그러나 이 난제를 풀수만 있다면 장내 미생물을 중심으로 하는 개인 맞춤형 건강관리가 가능해질 것으로 기대된다. 글로벌 제약사와 바이오벤처들이 장내 미생물 치료 시장에 진입하기 위해 빠르게 움직이고 있다. 호주에서는 2022년 11월 대변으로 정제한 장내 미생물 의약품이 세계 첫 승인을 받기도 했다. 이 의약품은 독소를 내뿜는 장내 미생물인 ‘클로스트리디움 디피실(Clostridium difficile)’의 증식을 억제한다.

시장조사업체 ‘프레시던스 리서치’에 따르면 세계 인간 미생물 시장 규모는 2023년 1억9692만 달러(약2628억 원)로 평가된다. 2032년까지 연평균 성장률 25.3%를 보이며 14억9936만 달러(약2조 원)로 성장할 것으로 예측된다.