인간 미생물 균총은 장, 구강, 피부와 같이 체내외 다양한 부위에 존재하는 박테리아, 균류, 바이러스 등을 포함하는 미생물 집단이다. 16s ribosomal RNA에 대한 대사체 분석 및 차세대 염기서열 분석기술의 개발과 함께, 살아있는 유기체 내에 존재하는 미생물 균총에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이에 따라, 미생물 균총이 숙주의 대사 및 면역과정과 복잡하게 연관되어 있음이 확인되었다. 공생균(commensal microbiota)이라 불리는 미생물 균총의 특정 박테리아가 필수 영양소를 생성하거나 다른 병원성 미생물로부터 숙주를 보호하여 긍정적으로 영향을 미치고 있는 반면, 비정상적인 미생물 균총의 조성을 의미하는 미생물 균총의 불균형(dysbiosis)에 의해 체내 항상성 유지를 방해하여 다양한 종류의 질병을 발생시키기도 한다. 최근, 미생물 균총 중에서도 구강과 장내 존재하는 박테리아가 위장관암의 발암과정과 항암제의 치료효과에 상당한 영향을 미치고 있음이 여러 논문을 통해 보고되고 있다. 미생물 균총-암-면역계 사이의 복잡한 연관성과 미생물 균총 기반 발암 메커니즘에 대한 규명은 암에 대한 이해와 새로운 항암제 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 본 리뷰는 미생물 균총의 박테리아가 위장관암과 항암제에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대해 초점을 맞추고 있는 논문들을 요약하고 있으며, 나아가 기존 항암제의 치료효과를 개선하기 위해 복합제로써 미생물 균총의 잠재력과 도전과제에 대해 논의한다.
육계의 장내 미생물 균총은 전반적인 건강을 유지하고 사육 생산성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 하지만 한국의 여름철 고온 환경과 밀집 사육 시스템은 육계에게 스트레스를 유발하여 장내 미생물 균총의 불균형을 유발할 수 있다. 이러한 배경으로 본 연구는 한국의 복지형 농가와 일반 농가에서 봄과 여름철 육계의 장내 미생물 균총을 비교분석하기 위해 수행되었다. 19일령 육계 총 31수를 공시하였으며, 봄철 일반농가(n = 8); 여름철 일반농가(n = 8); 봄철 복지농가(n = 7); 여름철 복지농가(n = 8)에 각각 할당되었다. 계절 간 일반 농가와 복지 농가 육계의 맹장내 미생물 조성 차이를 분석하기 위해 Beta diversity 분석을 수행하였으며, 일반 농가와 복지 농가 모두 맹장내 미생물 구성이 뚜렷한 차이를 보였다. 일반 농가에서 맹장내 미생물 균총 분포를 문 수준에서 분석한 결과, Bacteroidetes의 비율은 봄철이 여름철과 비교해 높은 풍부도를 보였다. 속 수준에서 분석한 결과, 봄철 육계는 Bacteroides와 Alistipes의 비율이 여름철과 비교해 높은 풍부도를 보였다. 복지 농가에서 맹장내 미생물 균총 분포를 문 수준에서 분석한 결과, 봄철과 여름철 모두에서 Firmicutes와 Bacteroidota가 우점하였다. 하지만, LEfSe 분석 결과, 미생물 균총 구성의 차이는 일반 농가와 비교해 상대적으로 적었다. 결론적으로 우리의 결과는 고온 스트레스가 육계의 맹장내 미생물 균총에 악영향을 줄 수 있지만, 주거 환경의 개선이 고온 스트레스의 영향을 완화시켜줄 수 있음을 시사한다.
버섯의 섭취는 버섯의 유용 성분에 의해 면역체계 및 장내미생물균총의 변화를 유발한다. 그중 많이 알려진 β-glucan 구조 기반 물질들은 염증매개물질의 분비는 억제하고 대식세포의 활성은 유발하여 면역력의 증진을 도와인체의 면역기능을 증진시킨다. 직접적인 유용 성분 이외의 다른 물질은 장내 미생물균총에 의해 단쇄지방산으로 변화되며, 변화된 단쇄지방산은 면역 및 다양한 질병의 완화를 유발하게 된다. 버섯이 포함하고 있는 성분은 β-glucan 외에도 장내미생물균총을 변화하게 유도하는 prebiotic로써의 역할을 수행하게 된다. 변화된 장내미생물균총은 외부로부터 들어오는 다양한 감염성 균의 감염을 막으며, 면역체계의 균형 유지를 도우며, 질병을 예방하게 된다. 국내 섭취 빈도가 높은 새송이, 표고, 느타리, 팽이, 목이, 양송이 버섯의 유용 성분의 탐색, 장내미생물균총의 변화 및 섭취 시 인체의 단쇄지방산 변화 연구는 추후 버섯의 유용 성분, 장내미생물 및 질병과의 인과관계를 풀어내는데 기여할 것으로 여겨진다.
우울증은 동기, 의욕, 관심, 주의력, 정신기능 및 식욕의 감소를 특징으로 하는 일종의 기분 장애이다. 우울증은 유전적, 내분비 및 환경적 스트레스를 포함한 다양한 원인에 의해 발생하지만 가벼운 우울증은 식이요법으로 개선되는 것으로 보고되었다. 따라서 우울증 환자를 치료하기 위해서는 기능성 및 영양 보충제를 포함한 다양한 식품 공급원이 필요하다. 치즈에는 숙주 건강에 유익한 영향을 미치는 생리 활성 펩타이드가 포함되어 있다. 특히 저지(Jersey) 우유는 홀스타인(Holstein) 우유보다 고형분 함량이 높은 것으로 보고되었다. 이 연구는 저지(Jersey) 와 홀스타인(Holstein) 우유의 가우다 치즈(Gouda cheese)가 만성 스트레스(CUMS, chronic unpredictable mild stress)에 미치는 영향을 조사했다. 치즈를 먹인 만성 스트레스 마우스 모델의 개선적 변화는 젖소 종에 관계없이 통계적으로 유의미하게 효과적으로 나타났다. 흥미롭게도 PCR을 통한 분변 미생물 균총 분석에서 저지 치즈를 섭취함으로써 Bacteroidetes가 증가하고 Firmicutes가 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 종합하면, 본 연구는 치즈 섭취가 스트레스 개선 작용이 있음을 제시하며, 특히 장내 미생물 균총의 유익한 방향으로의 변화가 관찰되는데, 치즈의 생리활성물질 혹은 장내미생물 균총의 대사물질들이 이러한 행동·정신학적 개선 작용과의 연관성이 있음을 시사한다.
본 연구는 고온기 여름철 사육환경에서의 홀스타인종 젖소의 반추위내 미생물 균총 변화를 분석하고, 반추위내 미생물과 고온 스트레스간의 연관성을 규명하고자 수행하였다. 국립축산과학원 낙농과에서 사육 중인 홀스타인 젖소 10두의 반추위액을 채취하였으며, 채취한 시료 샘플은 PowerSoil® DNA Isolation Kit (Cat. No. 12888, MO BIO)를 이용하여 DNA를 추출한 후 Illumina HiSeqTM platform (Illumina, CA, USA)을 이용하여 미생물 균총 분석을 실시하였다. 반추위액 내 미생물 균총을 분석한 결과, 사육환경 온습도에 따른 미생물 군집 구성에는 큰 차이는 없었으나, 미생물의 상대적 함량에는 차이가 있었다. LEfSe 분석을 통해 적온과 고온 환경에서 특정 미생물들의 상대적 조성이 유의적으로 증가함을 확인하였다. 이들 결과를 볼 때, 반추위내 미생물 균총은 고온과 같은 외부 환경변화에 영향을 받는 것으로 판단되어 젖소의 고온스트레스 반응에 있어 반추위 미생물 변화가 중요한 역할을 담당할 것으로 사료된다. 추후 연구는 이러한 차이를 나타내는 미생물들의 대사 경로나 대사 물질에 분석을 통해 환경변화와 미생물간의 연관성 및 이러한 미생물 균총 조절을 통한 고온기 젖소의 적응성 향상을 위한 미생물학적 전략 연구가가 필요할 것으로 생각된다.
장내 균총 개선을 위하여 조합시킨 prebiotics와 probiotics는 최고의 건강 증진을 제공할 잠재성을 갖지만, 알맞은 균주선발이 필수적이다. 기능성 식품시장은 연간 15∼20% 성장하고 있고, 그 산업은 33백만 달러의 값어치가 있다(Hilliam, 2000). 기능성 식품은 nutraceuticals, designer foods, medicinal foods, therapeutic foods,superfoods, foodiceuticals와 medifoods로 알려져 있고 그 정의는 전통적인 영양소개념을 넘어선 건강증진 성분을 함유한 식품이라고 할 수 있다(Berner와 O'Donnell,1998). 식품은 phytochemicals, bioactive peptides, $\omega$-3 불포화 지방산, 그리고probiotics 또는 기능성을 갖게 되는 prebiotics의 부가에 의하여 변형될 수 있다(Berner와 O'Donnell, 1998)(표 1). 장관에서 살수 없는 균을 함유한 요구르트의 경우와 같은 다양한 발효 낙농식품 제조에 젖산균을 사용한 이래, 오늘날에는 발효식품에Lactobacillus acidophilus와 bifidobacteria 같은 probiotic 균을 사용하는 경향이다. Probiotic 식품은 살아 있는 미생물을 함유한 식품이고, 그 미생물은 충분한 양이살아 있는 상태로 장 속에 공급되었을 때에 미생물 균총을 개선하여 소비자 건강을 증진시키는 것이라고 할 수 있다(Fuller, 1992). 전통적으로, probiotics는 요구르트와 기타 발효식품에 사용되어 왔지만, 최근에는 드링크, 알약형, 캡슐형, 동결건조물과 같은 형태로도 공급되고 있다. 오늘날, 전세계에 sour cream, buttermilk, 요구르트, 분유와 frozen desserts 같은 식품에 bifidus acidophilus를 함유한 제품이 70개를 넘고 있으며, 일본에서만도 probiotic 미생물을 함유한 형태의 우유제품이 53종류 이상 개발되어 있다. Probiotics는 유럽에서도 매우 인기가 있지만, 주로 요구르트에 한정되어 사용되고 있다(Hilliam, 2000).
항생제는 병원성 미생물 및 그 밖의 유해한 세포의 발육 또는 기능을 억제하는 물질로써, 가축의 사료에 이러한 항생제를 첨가하여 급여하게 되면 장내에서 유해한 미생물의 증식과 발육을 억제하고 정상적인 균총을 유지함으로써 질병을 예방할 수 있으며, 과도한 장내 미생물의 증식에 의한 불필요한 영양소 손실을 막고 영양소의 소화와 흡수촉진 및 사료 섭취량을 증진시키는 등의 효과를 얻을 수 있기 때문에, 축산업에서 가축의 생산성 향상 및 질병예방을 위하여 일정수준의 항생제가 첨가된 배합사료를 급여하는 것이 일반적이었다.(중략)
저분자 alginate인 HAG-10, HAG-50, HAG-100 및 alginate를 랫드에 장기간 섭취시켰을 때, 분변중의 장내미생물균총의 변화를 관찰하여 소화생리의 특성을 개선시키는 최적의 저분자 alginate를 찾고자 실험하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. In vitro에 있어서 대표적인 장내세균에 의한 HAG-10, HAG-50, HAG-100 및 alginate의 기질이용성을 조사한 결과, Bacteroides ovatus는 기질로 이용하였으며, Megamonss hypemegas는 약간의 증식하였으나, 그 외의 대부분의 균주는 기질로써의 이용성을 전혀 나타내지 않았다. 분변중 장내균총의 변화는 $10\%$ HAG-10, $1\%$, $5\%$ 및 $10\%$ HAG-50 그리고 $1\%$ alginate에서 Bindobacterium과 Lactobacillus 모두 유의적으로 증가하는 경향을 보였으나 유해미생물들은 현저히 감소하였으며, $5\%$와 $10\%$ alginate에서는 반대로 유익균의 증식이 억제되고 유해균의 증식이 현저히 촉진되었다. 이상의 결과로부터, 저분자 alginate는 대부분의 장내세균에 대한 기질로서의 이용특성을 나타내지 못하는 전형적인 식이섬유원이었으며, 또한 랫드에 있어서 HAG-50의 섭취는 alginate 고유의 기능적 특성을 그대로 유지하면서 장내세균중 유익균인 Bifdobacterium과 Lactobacillus의 증식을 촉진시키고 유해미생물의 증식을 억제하여 장내미생물균총을 개선시키는 최적의 저분자 alginate임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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