[세상이 과학이라니] 건강한 장이 사람을 살린다 : 장 미생물과 프로바이오틱스 - 저스틴 소넨버그, 에리카 소넨버그

Bio통신원(춘천앓이(필명))

등록일 2023.11.16
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인간은 홀로 선 존재가 아니다. 한 인간은 인체 생리와 몸속 미생물 사회 간의 복잡 미묘한 상호작용을 통해 규정된다. 그런 의미에서 인간이라는 단어를 재정의할 필요가 있다. 책 중

나만 없어 프로바이오틱스!

몇칠 전 동료 연구원한테 프로바이오틱스를 선물 받았다. 모 제약회사의 레몬이 가득 든 걸로 유명한 레모x 비타민제처럼 생긴 봉지 스틱으로 된 포장지에 처음 먹어보는 프로바이오틱스 보면서 신기함과 의의함이 교차된다. 그런데 실제로 보니까 주위의 모든 사람들이 프로바이오틱스를 책상에 구비해서 멀티비타민제처럼 먹고 있는 것이다. 마치 먹지 않으면 안 되는 음식처럼 프로바이오틱스는 비타민에 이어 가장 큰 건강기능식품제로 떠올라 있었다.

그림 출처: 식품의약품안전처

그런데 이렇게 갑자기 우리 앞에 나타나 급성장했던 프로바이오틱스는 어떤 원리로 몸에 효능이 있을까?

내 안의 미생물이 너무나 많아

20년 전 한 연구진에 의해 장내의 우리의 유전자만큼이나 수많은 미생물이 살고 있다는 것이 밝혀졌다. 처음에는 미생물의 기능에 대해 알지 못했으나 그로부터 20년간 연구논문들이 쏟아져 나오기 시작했다. 현재까지 알려진 장 내 균총(microbiota)의 주요 기능으로 사람이 소화하지 못하는 식이섬유와 같은 다당류를 대신 분해하고 합성해서 생리 기능에 필수적인 대사물질을 생산해 낸다. 또한 미생물들은 다양한 면역세포와 상호작용하면서 면역조절 기능을 한다고 알려져 있다.

현재 장내 균총의 시중에 많은 장내 균총의 책이 있었다. 특히 소넨버그 부부의 책 ‘건강한 장이 사람을 살린다’ 책은 의과대학 교수이며 전공자로서 현재까지 이뤄진 연구성과를 깊은 통찰력과 쉬운 설명으로 대중들에게 잘 설명한 책이다.

편식쟁이 미생물, 장내 균총의 불균형(microbiota dysbiosis)

재미있는 사실은 각각의 장내 균총은 마치 우리처럼 편식한다. 특정 미생물들은 각자 자기가 좋아하는 물질을 소화하고 증식해서 우리 장에서 자리 잡고 살고 있다. 그런데 이러한 균이 좋아하는 음식을 섭취하지 않아 주면 미생물들이 죽기 마련이다. 아이러니하게도 오늘날 현대인들이 주로 먹고 있는 음식들의 성분들은 높은 지방과 탄수화물로 치우쳐져 있다 보니까 자연스럽게 야채나 채소에 들어 있는 식이섬유를 먹고 자라는 미생물들이 죽고 지방과 탄수화물로만 먹고 자라는 미생물만 남아 버렸다. 이러한 결과 몸에 유익한 역할을 많이 하는 식이섬유를 좋아하는 미생물들이 사라져 버리고 지방과 탄수화물로만 이루어진 미생물만 남는다 더욱이 지방을 좋아하는 미생물은 다시 지방을 축적하는 기능을 해서 비만을 유도하는 악순환에 빠진다. 결론적으로 서구화된 현대인의 식습관은 미생물의 다양성이 적어지고 비만과 장염증에 취약한 상태로 되는 현상이 장내 균총의 불균형이다.

미생물의 똥이 약이라니

장내 균총은 우리가 먹는 음식 중에 소화하지 못하는 물질을 대신 소화해서 물질을 배출한다. 쉽게 말하면 장내 균총의 똥이 몸의 유익한 기능을 한다. 장내 균 총은 일반적으로 비극성 화합물을 더 쉽게 분해 배출될 수 있는 친수성 고분자 대사산물로 변환한다. 대표적으로 소장에서 소화 흡수되지 않는 식이섬유를 장내 균총이 대사 분해하여 1-6개의 탄소 골격을 가진 포화 지방산으로 합성하면 SCFA(short chain fatty acids)이다. 장내 균총이 배출한 물질인 SCFA 은 Acetate, propionate, butyrate로 구성되어 있는데, G 단백질 결합 수용체(G protein-coupled receptors GPCRs or GPRs)의 경로를 통해 결장 세포로 흡수되어 에너지원 및 면역조절 기능 등 중요한 생리 기능 한다. 특히 SCFA는 장내 면역세포(effector T cells)를 조절한다. 외부로부터 장내 병원균이 침입하면, SCFA는 면역세포(Th1, Th17)의 분화를 자극하여, 병원균의 침입으로부터 예방한다. 또한 SCFA는 장관(Gut lumen)에서 항체 생산을 촉진하고 항체 생산을 지원하는 면역세포(B cell)를 활성화하고, 외부 병원균에 대한 군집 저항력을 부여하며 염증 발생을 억제하는 항염증 세포(Treg) 분화를 촉진하여 염증을 예방한다. 두 번째 장내 규총은 고기와 같은 단백질을 섭취하면 TRP(tryptophan)를 합성한다. 장 내 균총으로 합성된 TRP물질은 전신을 순환하여 뇌, 간 및 췌장을 포함한 기관에서도 면역 조절 한다. 그 외에도 식이 섬유인 다당류 및 올리고당에서 주로 장내 균 총의 합성을 통해 succinate를 생성하는데 면역조절 기능이 있다. 그리고 우유에서 장내 균 총에 의해 합성된 젖산(lactate)은 세포 재생에 필수적인 에너지원이며 면역 기능을 향상시켜 병원균 증식을 억제하는 면역 조절한다.

외교 전의 달인 보조 T세포

보조 T세포는 대표적으로 장내 균 총과 대화와 소통을 통해 면역체계를 조율한다. 해로운 장내 균 총이 장내 번식이 증가하고 말썽을 피우면 보조 T세포는 적으로 간주하고 공격을 지시한다. 이러한 경우 장에 염증이 발생하면서 크게는 자가면역질환으로 확대된다. 그래서 장내 균 총이 말썽을 안 피우게 잘 다스려야 하는데 여기서 중요한 것이 말썽을 피우지 않는 유익한 장내 균 총을 형성시켜 주는 음식을 섭취해주어야 한다.

프로바이오틱스

유익한 장내 균 총의 중요성이 알려지면서 실제 임상에서 치료로 사용하고 있다. 대표적으로 장 내 균총을 이식하는 방법이다. 성공적인 치료사례는 대변이식수술(Fecal microbiota transplantation, FMT)이라는 건강한 대변을 이식한 수술법이 장내 궤양을 갖는 크론병 환자들에게 특히 효과 있는 결과가 밝혀졌다. 여기에 힘입어 대변이라는 불쾌한 변을 이식하는 것 말고 균을 이식하자는 아이디어가 떠오른 것이다. 프로바이오틱스는 위와 같은 장내균총의 불균형을 해소하기 위해 인위적으로 식이섬유와 같은 다당류를 좋아하는 균(비피도 박테리아, 락토바실러스)와 같은 유익균을 선별해서 섭취하도록 만들어진 영양제이다.

미생물 우주를 관리하는 제다이 기사들

영화 스타워즈는 우주를 위협하는 나쁜 악당(외계인)에 맞서 제다이 기사들의 활약과 모험이 감동을 자아낸다. 제다이 기사들은 악당 외계인의 횡포에 맞서 싸우고 다양한 외계인들과 편견 없이 평화로운 관계를 회복하고자 한다. 그래서 영화는 우주의 다양한 생명체들과 공생하며 조화로운 관계의 중요성을 깨닫게 해 준다. 마찬가지로 우리 몸은 미생물의 우주이다. 그동안 균은 없애야 만하는 나쁜 존재로서 편견에 갇혀 있었다. 하지만 장내 균 총의 발견으로부터 새로운 패러다임으로 면역학은 진입하기에 이른다. 이러한 생각에는 면역의 주된 역할은 자기(self)와 비자기(non-self)를 구분하는 것이 근본적인 원리로써 기존에 알려져 있었고, 외부에선 침입한 해로운 바이러스, 세균, 기생충 등의 질병을 유발하는 나쁜 세균만이 있다는 생각이 있었기 때문이다. 하지만 장내 균 총의 발견으로부터 우리 유전자 보다 더 많은 균들이 우리 몸의 유익한 역할을 하는 것을 알게 되면서 더 이상 나쁜 균과 대치되는 자기 비자기 시스템의 문제를 깨닫게 된다. 오히려 균은 우리의 몸에 더 이로운 역할을 하며 항상 균과의 끊임없는 소통이 면역계의 역할에 있어 중요하다는 사실이다. 그래서 책은 이러한 면역계를 ‘외부 적을 기다리며 긴장한 군인보다는 끊임없이 다양한 균과 소통하고 공존하는 현명한 외교가로 표현한다.

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