정상균총

정상균총은 숙주-장내미생물(gut microbiota) 불균형으로 일컬어지는 dysbiosis 현상이 없는 상태의 미생물 군집을 지칭한다. 일반적으로 건강한 사람의 미생물 군집을 이야기하지만, 종종 문제가 발생하지 않은 다양한 환경의 미생물 군집을 지칭할 때도 많이 있다.

목차

장내에 상주하는 인체 공생 장내미생물의 경우, 인간에게 유해한 비상주 병원성 균종이 장내에 정착하지 못하도록 하는 역할을 한다. 인체 공생 장내미생물이 섭취된 영양분을 먼저 섭취하거나 항균물질(antimicrobial agent)을 생산하여 병원균과 같은 비상주 미생물이 장 내에 정착하는 것을 방지하는 것이다. 그러나 이러한 장내미생물 균총의 비율에 변화가 생겨 불균형이 나타날 경우 대사질환을 비롯한 각종 질병을 야기하게 된다. 즉, 장 내 면역계와 microbiome 간의 상호협력과 균형을 통한 장내 microbiome 항상성의 유지는 염증성 장질환의 예방에 필수적인 요소로 간주되고 있다. 또한 이러한 장내미생물 연구에서 나아가, 다양한 환경 속에서 피부 공생미생물과 상피 면역계 간의 상호작용에 대한 근본적 이해를 통해 피부 알러지 질환과 만성질환을 극복하려는 기초 연구도 시도되고 있다.¹⁾

Carnoy 고정 및 PFA 고정으로 점액, 정상균총, 숙주의 조직 및 섭취된 식품을 동시에 보여주고 있다. 전체 면적은 1.2 cm. (출처: )

장내미생물의 불균형은 염증성 장질환(inflammatory bowel disease, IBD), 비만, 심혈관질환 등 다양한 인간의 질병과 관련되어 있다. 예를 들어 음식 중에 섭취된 phosphatidylcholine과 L-카르니틴(carnitine)은 장내미생물의 대사를 통해 동맥경화 인자인 trimethylamine-N-oxide (TMAO)를 생성하며,¹⁾ 고지방식(high-fat diet, HFD)은 장내미생물의 구성을 변화시켜 cluster XI 계열의 클로스트리듐(Clostridium) 미생물을 증가시키고, 이들이 생산하는 deoxycholic acid는 궁극적으로 간암을 촉진하는 것으로 보고되었다.²⁾ 최근의 연구결과에 의하면 장내미생물이 감정적인 행동에도 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 예를 들어 Toll-like receptor 5 (TLR5) 결손에 의한 장내미생물 군집변화는 식욕을 증가시키고, 고지혈증, 인슐린 저항성, 비만, 지방간 등 다양한 대사증후군(metabolic syndrome)을 유발하는 것으로 보고되었다.³⁾ 추가적인 연구가 필요하나, 이러한 초기 결과는 장내미생물에 의해 생산되는 대사산물이 인간의 뇌 활동 등에 중요한 역할을 하고 있음을 의미하고 있다. 생쥐 모델에서 자폐증(autism)이 장내미생물의 대사산물인 4-ethylphenylsulfate(4EPS)와 indole-pyruvate에 의해 촉발되는 현상이 보고되었고,⁴⁾ 임신 중에 투여되는 면역촉진제인 polyinosinic-polycytidylic acid (종종 poly I: C로 표기, TLR3의 작용제(agonist)에 해당)는 신생아의 자폐성 행동을 유발하는 것으로도 밝혀졌다. 또한 p-cresol과 indolyl-3-acryloylglycine 등의 장내미생물 대사산물은 자폐증 환자의 소변 내 바이오마커(biomarker)로 사용되고 있다.⁵⁾

사람의 모든 인체 부위에는 다양한 종류의 미생물이 살고 있고, 이를 통틀어 인간 미생물체라고 지칭한다.⁶⁾ 최근까지 인간의 세포 수보다 10배 정도 더 많은 미생물이 살고 있다고 알려졌지만, 아주 최근의 연구에서 3배 정도이거나 거의 비슷한 숫자의 미생물이 살고 있다고 알려지게 되었다.⁷⁾⁸⁾ 일부 미생물은 인체와 공생(symbiosis) 관계에 있지만, 일부 비병원균은 생성하는 trimethylamine N-oxide (TAMO)와 같은 대사산물을 통해 인체에 해로운 영향을 끼치기도 한다.⁹⁾

인간 미생물체 프로젝트(human microbiome project, HMP)가 미국에서 시작되어 인간의 피부, 구강, 코, 소화관, 질에 상존하는 정상균총을 밝히기로 하였고,⁶⁾ 2012년에 그 첫 결과를 발표하였다.¹⁰⁾

10명의 사람으로부터 20개의 피부 부위를 연구한 결과 205개의 속(屬, genus)이 발견되었고 문(門, phylum)으로는 19개에 해당되었다. 그러나, 대부분 4종류의 문에 포함되는데, Actinobacteria (51.8%), Firmicutes (24.4%), Proteobacteria (16.5%), Bacteroidetes (6.3%)를 가졌다.¹¹⁾ 많은 숫자의 곰팡이류도 피부에 상존하고 있음도 알려졌고, 대표적으로 Malassezia는 아토피 피부염 발생에 관련 있음이 알려졌다. 

작은 숫자의 세균과 곰팡이도 결막에 정상균총으로 존재한다.¹²⁾¹³⁾ 그람 양성 구균으로는 Staphylococcus와 Streptococcus가, 그람음성 간균 및 구균으로는 Haemophilus와 Neisseria가 상존하는 것으로 알려졌다.¹³⁾ 곰팡이로는 Candida, Aspergillus, Penicillium 등이 존재한다.¹²⁾ 눈물에는 라이소자임(lysozyme)과 같은 항미생물 물질이 존재하여 미생물이 많이 증식하지 못하도록 막고 있다. 

그람 염색된 Candida albicans의 사진. 큰 그람염색된 세포들이 피라미드 형태를 띠고 있음을 볼 수 있다. 아무런 병증을 일으키지 않는 상태로 80% 정도의 사람들이 이를 가지고 있어, 이를 기회감염성 병원균이라고 지칭한다. 2014년 인간의 정상균총 연구에서 찍은 사진. (출처: )

인간의 장에는 다른 그 어떤 부위보다 양적으로나 다양성 측면에서나 훨씬 더 많은 세균들이 살고 있다. 사람 장내미생물은 태어나는 순간부터 자리를 잡게 되는데, 자연분만으로 태어나는 경우와 제왕절개로 태어난 아기의 장내미생물이 다르다고 알려졌다.

Streptococcus, Candida, Staphylococcus, Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes, [인간 미생물체 프로젝트(HMP: Human Microbiome Project)], 공생, 장내미생물, 미생물, 군집

배진우/경희대학교

정우현/덕성여자대학교

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