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[바이오토픽] 마이크로바이옴 노화시계: 장내미생물이 사람의 진정한 나이를 알려줄까?
의학약학 양병찬 (2019-01-14 09:43)

Bacteroides are the most common bacteria species found in the human intestinal tract
Bacteroides are the most common bacteria species found in the human intestinal tract. / @ Science

당신의 장(腸) 속에 사는 수십억 마리의 세균 군단, 즉 마이크로바이옴(microbiome)이 음식물 소화능력(참고 1)에서부터 면역계 기능(참고 2)에 이르기까지 모든 것을 조절할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 과학자들은 '마이크로바이옴의 경시(經時的) 변화', 심지어 '정상세균총의 생김새'에 대해서는 아는 게 별로 없다. 이제 수천 명에 달하는 지구촌 사람들의 장내미생물을 연구하는 과학자들은 한 가지 결론에 도달했다. 그 내용인즉, "마이크로바이옴은 놀랍도록 정확한 생물학적 시계(biological clock)로, 대부분의 사람들의 나이를 몇 년의 오차범위 내에서 예측할 수 있다"는 것이다.

'마이크로바이옴이 시간경과에 따라 어떻게 변화하는지'를 알아내기 위해, 메릴랜드 주 로크빌의 인공지능 스타트업 인실리코메디슨(InSilico Medicin)에서 수명(壽命)을 연구하는 알렉스 자보론코프와 동료들은 전 세계에 사는 건강한 사람 1,165명(1/3은 20-39세, 1/3은 40-59세, 나머지 1/3은 60-90세)의 장내미생물 샘플 3,600개 이상을 분석했다.

다음으로, 그들은 머신러닝(machine learning)을 이용하여 데이터를 분석했다. 먼저, 그들은 컴퓨터 프로그램(뇌신경의 작용방식을 느슨하게 모델링한 딥러닝 알고리즘)을 훈련시켜, 90%의 샘플에서 검출된 '95가지 상이한 미생물'과 '연령'을 연동시키도록 했다. 그런 다음 알고리즘에게 "나머지 10%의 연령을 예측해 보라"고 명령했다. 그랬더니 알고리즘은 사람의 나이를 ±4세의 오차범위 내에서 정확히 예측하며, 95종(種)의 미생물 중에서 39가지가 연령을 예측하는 데 가장 중요한 것으로 나타났다. 그들은 이상의 내용을 출판전 서버인 《bioRxiv》에 업로드 했다(참고 3).

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자보론코프와 동료들에 따르면, 일부 미생물(예: 腸에서의 대사에 중요한 것으로 여겨지는Eubacterium hallii)은 사람이 나이가 들어감에 따라 더욱 풍부해지고, 박테로이데스 불가투스(Bacteroides vulgatus: 궤양성결장염에 관련된 것으로 알려짐)와 같은 미생물들은 나이가 들어감에 따라 감소한다고 한다. "식사·수면습관·신체활동의 변화가 미생물종(種)의 변화에 기여하는 것으로 보인다"라고 공저자 중 한 명으로 하버드 대학교에서 노화를 연구하는 바딤 글라디셰프(생물학)는 말했다.

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"이 같은 마이크로바이옴 노화시계(microbiome aging clock)는 '사람의 소화관이 얼마나 빨리/느리게 늙어 가는지'와 '음주·항생제·프로바이오틱스·식사가 수명에 영향을 미치는지' 여부를 검사하는 기준으로 사용될 수 있다. 또한 특정한 질병(예: 알츠하이머병)을 앓는 환자를 건강한 사람과 비교함으로써, 마이크로바이옴이 정상치에서 어느 정도 벗어났는지를 확인할 수도 있다"라고 자보론코프는 말했다.

만약 연구팀의 아이디어가 타당성을 인정받는다면, 다른 생체지표들과 함께 생물학적 나이(biological age)를 예측하는 데 사용될 수도 있을 것으로 보인다. 이를테면 염색체 말단의 텔로미어 길이(참고 4)나 DNA 발현(참고 5)의 경시변화를 마이크로바이옴 변화와 결합하면, '진정한 생물학적 나이'와 건강을 정확히 예측할 수 있지 않을까? 또한 특정한 개입(예: 약물, 기타 치료방법)이 노화과정에 영향을 미치는지 여부도 확인할 수 있을 것으로 보인다. "수명 연구를 하기 위해, 사람들이 사망할 때까지 기다릴 필요는 없다"라고 자보론코프는 말했다.

"'장내미생물에 기반하여 누군가의 나이를 예측할 수 있다'는 생각은 설득력이 매우 높아, 노화를 연구하는 과학자들의 큰 관심을 모은다"라고 UCSD 부설 마이크로바이옴 혁신센터(Center for Microbiome Innovation)의 로빈 나이트 소장(컴퓨터과학)은 말했다. 그가 이끄는 연구팀도 연령예측기법을 개발하기 위해, 미국소화관프로젝트(American Gut Project)라는 연구를 통해 전 세계에서 수집한 15,000명의 샘플을 분석하고 있다.

그러나 그런 생물학적 시계를 개발하는 데 수반되는 문제점 중 하나는, 전 세계 사람들의 소화관에 존재하는 세균의 종류가 매우 다양하다는 것이다. "상이한 인구집단에 속하는 사람들에게 독특한 노화의 징후가 존재하는지 여부를 밝히려면, 상당히 다양한 인구집단으로 구성된 연구에서 이번 연구 결과가 재현되어야 한다"라고 그는 말했다.

또한 마이크로바이옴의 변화가 '노화를 촉진하는지', 아니면 '노화의 부수적 효과일 뿐인지' 여부도 아직 밝혀지지 않았다. 인실리코메디신에서는 머신러닝에 기반하여, 마이크로바이옴과 관련된 다양한 노화시계들을 구축하고 있다. "연령은 모든 질병의 중요한 파라미터다. 왜냐하면 우리는 시시각각 변화하기 때문이다"라고 자보론코프는 말했다.

※ 참고문헌
1. http://www.sciencemag.org/news/2016/02/right-gut-microbes-help-infants-grow
2. http://www.sciencemag.org/news/2017/11/your-gut-bacteria-could-determine-how-you-respond-cutting-edge-cancer-drugs
3. https://www.biorxiv.org/content/early/2018/12/28/507780
4. http://science.sciencemag.org/content/332/6028/414
5. https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/gb-2013-14-10-r115

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2019/01/bacteria-your-gut-may-reveal-your-true-age

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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