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[바이오토픽] 동영상으로 보는 인간 마이크로바이옴의 모든 것: 요람에서 무덤까지
의학약학 양병찬 (2019-06-24)

동영상으로 보는 인간 마이크로바이옴의 모든 것: 요람에서 무덤까지

당신의 몸속에는 세균·바이러스·균류·고균(archaea)을 포함한 수조 마리의 미생물들이 살고 있는데, 이들을 통틀어 마이크로바이옴이라고 한다. 우리는 지난 수십 년 동안 '마이크로바이옴은 우리와 생리(physiology)를 공유하며 우리의 웰빙에 기여한다'고 배워 왔다.
그러나 아직 해결되지 않은 의문이 있다. 그 내용인즉 '우리가 언제 처음으로 미생물을 획득하는가?', '우리의 마이크로바이옴은 평생 동안 어떻게 바뀌고, 그 양상은 사람마다 어떻게 다르며, 질병에 어떻게 기여하는가?'라는 것이다.
※ 이 동영상과 함께, 《Nature》에서는 인간 마이크로바이옴에 대한 일련의 에세이를 출판했다. 자세한 내용은 여기(☞ 참고 1)를 참고하라.

▶ 인체를 구성하는 세포 곁에는 수조 마리의 미생물이 존재한다. 미생물이라고 하면, 소화관에 서식하며 음식물 소화를 돕는 우호적인 세균(장내미생물)만 말하는 게 아니다. 우리의 피부, 구강, 질(膣) 속에도 세균이 서식한다. 게다가 미생물이라고 하면 세균만 말하는 것도 아니다. 우리의 몸은 바이러스, 균류(fungi), 고균(archaea)의 보금자리이기도 하다.

그런데 이런 미생물들이 인체에 정착하기 시작하는 것은 언제쯤일까? 대부분의 과학자들은, 우리가 태어날 때 최초의 세균을 획득한다고 생각한다. 그리고 그 이전에, 태아는 무균환경에서 발육한다고 생각한다. 그러나 최근, 몇몇 과학자들은 태아를 둘러싼 태반과 양수(amniotic fluid)에서 세균의 DNA 흔적을 발견했다. 뿐만 아니라 태변(meconium), 즉 아기가 생애 최초로 배설한 똥에서도 세균의 DNA가 검출되었다. 그렇다면 그건 '세균이 출생 전부터 우리와 함께한다'는 증거일까?

그럴 수도 있다. 그러나 많은 과학자들은 그게 오염의 결과일 수 있다고 생각하므로, 이를 둘러싸고 갑론을박이 계속되고 있다. 결론이 어떻게 나든, 모든 사람들은 '세균의 대규모 정착은 출생 도중과 출생 직후에 처음 이루어진다'는 데 의견을 같이하고 있다.

(1) 구체적으로, 질식분만(vaginal delivery)을 통해 태어나는 아기는, 산도(birth canal)를 통과할 때 일정량의 세균을 엄마에게서 제공받는다.

(2) 그리고 출생한 아기는 '공기 노출'와 '주변의 물건 및 사람들과의 접촉'을 통해 더 많은 미생물을 획득한다. 마지막으로, 성장함에 따라, 많은 요인들(식생활, 항생제 및 다른 약물 복용, 상호작용하는 사람의 수, 애완동물 사육 여부, 거주지, 유전적 구성)이 마이크로바이옴의 구성에 영향을 미친다.

시골에서 동물과 먼지에 둘러싸여 사는 어린이들은, 도시환경에서 성장한 어린이들과 상이한 미생물을 보유하게 된다. 만약 어린이들이 광범위한 미생물에 노출되지 않는다면, 자가면역질환과 알레르기질환(천식, 습진)에 걸릴 위험이 증가하는 것으로 보인다. 이것을 위생가설(hygiene hypothesis)이라고 부르며, '마이크로바이옴이 평생 동안 우리의 건강에 영향을 미친다'는 사실을 입증하는 사례 중 하나로 간주된다.

(3) 성년(成年)이 되면, 우리 몸은 인간의 세포에 맞먹는 수의 미생물을 보유하며, 우리의 생리는 마이크로바이옴에 의존하게 된다. 예컨대, 마이크로바이옴은 우리를 해로운 세균에서 보호해주고, 음식물의 소화를 도와준다. 미생물은 음식물을 분해할 때 대사물(metabolite)이라는 분자를 생성하는데, 이 분자들은 혈류를 통해 인체의 모든 조직에 도달하여 우리의 대사(metabolism)에 영향을 미친다.

☞ 10:1이나 1:1이냐?

미생물의 마릿수를 헤아리기는 어렵지만, 흔히 말하기를 “평균적인 사람은 세포 하나 당 열 개의 미생물 세포를 갖고 있다”고 한다. 그러나 여러 책, 잡지, TED 강연, 그리고 사실상 모든 과학평론에서 널리 언급되는 10:1이라는 비율은 어림계산에 근거한 추측일 뿐인데, 마치 사실인 양 진지하게 받아들여지고 있다. 가장 최근에 발표된 추정치에 의하면, 우리는 약 30조 개의 인간세포와 39조 마리의 미생물을 갖고 있다고 한다. 즉, 인간세포 수와 미생물의 마릿수는 엇비슷하다고 볼 수 있다.

주다 로스너는 10:1의 비율을 가짜팩트fake fact라고 부르며, 그 기원을 추적하여 토머스 러키라는 미생물학자를 지목한다(Rosner, 2014). 1972년 러키는 뚜렷한 근거도 없이 “장 내용물(체액 또는 대변) 1그램당 1,000억 마리의 미생물이 존재하며, 성인 한 명당 1,000그램의 장 내용물을 보유하므로 총 100조 마리의 미생물을 보유한다”고 추산했다. 그 후 걸출한 미생물학자 드웨인 새비지가 이 수치를 그대로 받아들여, 인간의 세포 수 10조 개와 비교했다. 그 후 한 생물학 교과서가 이 수치를 아무런 증거도 없이 재인용했다.

하지만, 설사 10:1이라는 수치가 부정확다고 해도 그리 문제될 것은 없다. 어쨌든 우리가 거대한 미생물 군단을 거느리고 있다는 건 분명하니까 말이다.

※ 출처: 에드 용, 『내 속엔 미생물이 너무도 많아』, 어크로스 (2017)

'다양한 장내미생물 집단'은 건강한 대사에 기여하지만, '덜 다양한 마이크로바이옴'은 염증성장질환(IBD), 비만, 2형당뇨병과 관련된다. 심지어 어떤 연구에 따르면, 미생물의 대사물이 뇌(腦)에 영향력을 행사하며 우리의 정신건강에 영향을 미친다고 한다.

(4) 우리의 마이크로바이옴은 나이가 들어감에 따라 계속 바뀐다. 연구에 따르면 "노년층의 장내미생물은 청년층의 것과 다르다"고 하는데, 이런 차이가 '노인들의 면역계 및 뇌기능 변화'에 기여하는 것으로 보인다.

▶ '우리와 함께 사는 수많은 미생물들이 우리의 웰빙과 건강에 얼마나 많은 영향을 미치는지'는 아직 제대로 밝혀지지 않았다. 우리는 '마이크로바이옴이 사람마다 다른 이유'와 '마이크로바이옴 차이가 인간의 생물학에 영향을 미치는 메커니즘'을 더 잘 이해해야 한다. 특히, 우리는 '비백인 개체군(non-white population)'과 '전세계 모든 지역 사람들'의 마이크로바이옴에 대해 더 많은 연구가 필요하다.

현재로서 분명히 말할 수 있는 것은 "미생물이 없다면, 우리가 이 자리에 존재하지 않을 것"이라는 것이다.

☞ 이 애니메이션은 「인간 마이크로바이옴 연구에 대한 네이처 이정표(Nature Milestones in human microbiota research)」의 일환이며, 야쿠르트(Yakult)의 지원을 받아 제작되었다.

※ 참고문헌
1. https://www.nature.com/immersive/d42859-019-00041-z/index.html

 

모든 것은 그 자리에

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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...
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