오늘은 바이크로바이옴과 포스트바이오틱스에 대해서 알아보겠습니다.
마이크로바이옴은 미생물 군집과 유전체를 의미하는 단어들의 합성어입니다. 여기서 유전체는 유전자의 집합체를 말하며, 한 생물이 가지고 있는 모든 유전 정보를 포괄하는 개념이라고 할 수 있습니다. 따라서 마이크로바이옴이라고 하면 우리 몸에 서식하고 있는 미생물들의 유전체 총합으로 정의할 수 있겠습니다.
간단하게 다시 말하면 미생물들의 생태계 또는 우리 몸에 서식하는 모든 미생물들을 의미하는 것으로 알고 있어도 무방하겠습니다. 그리고, 마이크로바이옴 중(미생물들 중)에서 인간의 건강에 유익한 작용을 하는 미생물들을 프로바이오틱스라고 하며, 건강기능식품이나 의료, 제약 분야에서 많이 활용하고 있습니다.
포스트바이오틱스
장내 유익균을 프로바이오틱스라고 하는데, 프로바이오틱스의 증식 인자. 즉, 유익균의 먹이가 되는 물질을 프리바이오틱스라고 합니다. 대표적으로는 식이섬유, 프락토올리고당, 이눌린 등이 있습니다. 이러한 프리바이오틱스들을 유익균들이 이용하고 대사를 만들어내는데, 이때 만들어진 대사산물을 포스트바이오틱스라고 합니다.
포스트 바이오틱스에는 비타민, 아미노산 등과 같은 영양소, 항균물질, 각종 효소 등 매우 다양한데, 그 중에서도 SCFA라고 불리우는 단쇄지방산(짧은 사슬 지방산이라고도 불리웁니다.)이 가장 큰 이점을 제공하는 대표적인 포스트바이오틱스입니다.
프로바이오틱스의 유용성
식품 의약품 안전처가 인정한 프로바이오틱스의 기능성은 유산균 증식 및 유해균 억제, 배변활동 원활, 장 건강에 도움을 줄 수 있음 등이 있습니다. 가장 기본적인 기능이 바로 소화기관의 건강에 도움이 된다는 점입니다. 한국인들의 소화 기관 건강이 사실 매우 안좋은 상태로 만성 소화 장애, 과민성 대장증후군, 염증성 잘질환, 대장암 등 소화 기관의 건강문제로 매년 병원 진료를 받는 인원이 530만명에 육박하고 있습니다.
2012년 세계 보건 기구의 통계를 보면 우리나라는 대장암 발생이 전 세계 1위입니다. 인구 10만명당 대장암 발생이 45명 수준이었는데요. 2019년도 국가 암통계를 보면 남성 66.8명, 여성 46.3명으로 2012년 대비 더욱 증가 했다는 것을 확인할 수 있습니다.
어쨋든 소화기관 건강관리에 가장 중요한 영양소가 바로 프로바이오틱스와 식이 섬유(프리바이오틱스)라고 기억하면 되겠습니다.
장-조직 축(Gut-Organ Axis)
장은 소화기관에 속하지만 몸 전체의 건강에 영향을 미칩니다. 장내의 유익균들이 생성하는 대사산물들, 면역 물질들이 혈관과 림프관을 통해 몸 전체로 이동해서 다른 신체 기관의 건강에도 영향을 미칩니다. 과학계에서는 이를 장과 신체 조직 간의 축이라는 개념으로 설명하고 있습니다.
장이 뇌, 심장, 간, 신장, 뼈, 피부, 지방조직 등과 연결되어 있고, 그 조직들의 건강에 지대한 영향을 미치게 되는데, 면역을 포함해서 유전자 발현을 통한 새로운 물질과 효소의 합성 그리고 신호 전달 과정 등에 관여한다는 의미입니다.
2020년도에 발표된 장내 미생물과 노화라는 논문이 있는데 장내 균들의 다양성, 기능 등의 변화로 균들이 만들어내는 대사산물들도 달라지고 다른 신체 기관의 건강에 영향을 미치게 된다고 강조하면서 뇌에서의 알츠하이머, 파킨슨, 간에서의 알코올성 지방간, 간염 그리고 각종 피부질환과 골다공증, 당뇨, 근감소증, 관상동맥질환, 장에서의 각종 세균감염증 등과의 관련성을 언급하고 있습니다.
세계적인 과학 저널 네이처지에 2020년에 발표한 건강과 질병에 영향을 미치는 마이크로바이옴과 면역의 상호작용이라는 논문에서도 장과 뇌, 장과 폐, 그리고 장과 간이 서로 연결되어 있어서 상호 작용을 한다는 내용이 있습니다. 이러한 연결 축에서도 단쇄지방산이 중요한 역할을 한다는 점도 논문에서 밝히고 있습니다.
장-폐 축(Gut-Lung Axis)
염증성 장질환과 만성 폐쇄성 폐질환의 관계라는 논문에서는 장의 건강이 폐의 건강과 밀접한 관련이 있다는 점과 특히 면역에 있어서 장과 폐의 연결, 즉 장-폐 축이 우리 면역계의 핵심임을 강조하고 있습니다.
장이 건강해야 폐의 면역 기능도 향상되고, 폐를 통한 감염의 위험성도 낮아질 수 있습니다.
장-뇌 축(Gut-Brain Axis)
장과 뇌도 축으로 연결되어 있는데, 이를 장-뇌 축이라고 합니다.
장의 건강은 스트레스와 걱정, 우울, 짜증 등과 같은 감정의 변화에도 영향을 미치게 됩니다. 행복 호르몬이라고 불리는 세로토닌은 90% 이상이 장세포에서 만들어진다는 사실이 밝혀졌습니다. 장이 건강하지 못하면 행복한 감정을 잘 느끼지 못할 가능성이 큽니다.
장내 세균총의 변화는 장 신경계를 통해 자율 신경계와 신경 내분비계에 영향을 미치기 때문에 장건강 상태가 나쁘면 신경 퇴행성 질환인 알츠하이머, 파킨슨의 가능성도 높아질 수 있습니다.
장-심장 축(Gut-Heart Axis)
장-심장도 축으로 연결이 되어 있습니다.
2019년에 심혈관 질환의 에방과 치료를 위한 유용한 보충제로서의 프로바이오틱스 라는 논문의 있습니다. 프로바이오틱스가 자율 신경계 중 교감신경계에 영향을 미쳐서 심장과 혈관의 신경 조절에 관여한다는 점을 밝히고 있습니다.
위의 그림은 세계적으로 저명한 영국 왕립학회의 식품과 기능이라는 저널에 게재된 논문의 그림을 번역한 내용입니다. 당뇨, 고콜레스테롤, 고혈압, 비만 등을 억제하는 프로바이오틱스의 종류들을 보여주면서 이러한 유익균들의 도움을 통해서 심혈관 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 내용을 담고 있습니다.
장-간-신장 축(Gut-Liver-Kidney Axis)
위의 그림은 장-간-신장 축에 대한 내용입니다. 장내 세균 불균형으로 유해균이 증가하면 간 손상을 유발할 수 있으며, 염증성 사이토카인의 증가, 그리고 간에서 처리가 덜 된 독성 물질에 의해서 신장 기능의 저하가 유발될 수 있습니다.
중간에 장과 간 사이에 TMAO가 증가한다고 표시되어 있는데, TMAO는 트리메틸아민 옥사이드의 약자로서 적색육을 섭취했을 때의 장내 미생물군에 의해 발생되는 뇌졸중, 심혈관 질환의 강력한 예측인자가 되는 물질입니다.
장내 균종의 다양성
보통 장건강의 척도로 장내 마이크로바이옴의 다양성이 자주 인용됩니다. 장내의 균 종류가 다양해야 장이 건강하다는 의미인데, 현대인들은 바람직하지 못한 식생활이나 생활 습관 등으로 인해 장내 균의 종류를 감소시킵니다. 이것은 나쁜균들이 많아진다는 의미입니다.
장 내에 균의 종류가 단수해지면 크론병, 궤양성 대장염 등의 자가 면역 질환, 그리고 제1형 당뇨, 알러지, 다발성 경화증 등이 증가할 수 있습니다. 대사 질환이라고 할 수 있는 비만이나 제2형 당뇨의 가능성도 높아집니다. 그리고, 결장암, 자폐 스펙트럼 장애 등도 증가할 수 있다고 알려져 있습니다.
아래 보시는 그림은 고 식이섬유 식사가 장내 마이크로 바이옴의 기능을 향상시키고, 탄수화물 활성화 효소와 단순지방산을 증가시킨다는 것을 보여줍니다.
탄수화물 활성화 효소는 탄수화물의 에너지 전환을 돕는 효소로서 인간 유전자에는 이 효소의 합성 정보가 존재하지 않고 장내 마이크로바이옴에 의해서 합성되는 대표적인 효소입니다. 또한 고 발효음식을 섭취하게 되면 장내 마이크로바이옴의 다양성이 증가하고 염증의 신호 및 활성 억제를 유도합니다. 마이크로바이옴이 다양할수록 장 뿐만이 아니라 몸 전체의 건강이 향상될 수 있는 것입니다.
결국 마이크로바이옴이 다양하다는 것은 유익균이 다양하다는 의미이며, 장 상태가 안좋아서 유해균의 비율이 높으면 유익균의 종류가 다양해질 수 없게 됩니다. 그러므로 유익균의 비율을 높게 해야 유익균의 종류도 많아진다라고 이해하면 될 것입니다.
단쇄지방산
단쇄지방산은 장내 유익균이 식이섬유를 대사해서 만들어집니다.
아세트산, 프로피온산, 부티르산이 대표적인 단쇄지방산입니다. 단쇄지방산은 면역세포들을 활성화 해서 면역기능 개선에 기여합니다.
단쇄지방산은 장 점막을 강화해서 유해균, 바이러스, 독성물질이 우리 몸으로 침투하는 것을 막아줍니다. 또한, 장내 환경을 산성으로 유지해서 유익균을 보호하고 유해균을 억제하기도 합니다. 장내 운동을 활성화시키고 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄 흡수에도 도움을 주며, 간에서 콜레스테롤 합성 경로를 억제하기 때문에 콜레스테롤 수준을 낮게 유지하는데도 도움을 줍니다. 그리고, 에너지 대사를 활성화시켜서 지방의 축적을 억제하는 역할도 합니다.
단쇄지방산은 현대인들에게 발생하는 다양한 질병을 억제하는 효과들도 보고되고 있고, 아직 밝혀지지 않은 많은 기능성들에 대해 활발하게 현재도 연구가 진행되고 있습니다.
이렇게 마이크로바이옴에 대한 중요한 내용들을 정리해 보았으며, 프리바이오틱스와 프로바이오틱스, 포스트 바이오틱스의 관계를 잘 이해하고 마이크로바이옴 환경을 나에게 적합하게 잘 만들어서 건강한 생활을 해야 할 것입니다.
2022.12.14 - [영양학] - 대사증후군(Metabolic Syndrome)
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미생물군 유전체
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