일본 유수 유제품 기업인 모리나가 유업(Morinaga Milk Industry Co., Ltd., 이하 ‘모리나가’)(도쿄증권거래소: 2264)이 APC 마이크로비옴 아일랜드(APC Microbiome Ireland) 연구소의 SFI리서치 센터(SFI Research Centre)와 공동으로 연구하여 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum)이 모든 연령대에 퍼져 있는 이유를 밝힐 수 있는 획기적인 게놈 연구 결과를 발표했다.

‘비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum)’은 유아, 성인, 노인을 포함한 모든 연령대의 인체에 널리 상주하는 몇 안 되는 장내 세균 중 하나이다.[1,2]

사람의 내장에는 음식을 소화하고 특정 비타민을 만들어 내며 면역 체계를 조절하고 병원성 박테리아로부터 보호하는 인체의 건강에 필수적인 미생물 군집(마이크로바이옴)이 대량 서식하고 있다. 이번 연구에서는 하나의 균종(菌種)인 ‘B.롱검 아종(亞種)롱검(B. longum subsb. longum)’은 그 게놈이 각 연령대의 변화하는 식사에 적응하기 때문에 장내 환경에서 경쟁력을 높이는 유전자가 매우 다양하게 변이된다는 것을 밝혀냈다. 또한 ‘B.롱검 아종 롱검’은 친족 사이에 광범위하게 전파되며, 이전부터 믿었던 것처럼, 어머니와 유아 사이에 전파됨은 물론 다른 가족 사이와 심지어 3세대에 걸쳐 전파된다는 것을 시사하고 있다.[3]

이번 연구에서는 0세에서 104세 되는 건강한 일본인 453명의 대변 시료를 채집해 그들의 내장 안에 상주하는 균종을 측정했다. 여기에서 총871종의 균종이 검출됐는데(그림 1) 모든 연령대의 대상자 중 50%이상의 내장에 서식하는 균종은 3종(블라우티아 웩슬러레[Blautia wexlerae], 스트렙토코커스 살리바리우스[Streptococcus salivarius], 비피도박테리움 롱검)이라는 것을 발견했다.

이번 연구 결과에서 중요한 것은 B.롱검 균종이 모든 연령대에 광범위하게 분포돼 있다는 점이다. 모리나가는 이 특정 균종이 모든 연령대에 퍼져 있게 만든 작용기전을 확인하기 위해 아일랜드 코크 소재 아일랜드국립대학 APC 마이크로비옴 연구소의 SFI리서치 센터와 공동으로 광범위한 연령대의 사람들에게서 분리한 변종(strain)의 유전적 차이점을 판단하려고 ‘B.롱검 아종 롱검’의 다양한 변종에 대한 게놈을 비교 분석했다.

‘B.롱검 아종 롱검’ 변종은 7개의 군집(cluster)으로 분류

공개적으로 확보한 32개의 게놈을 포함하여 일본 연구 대상자에서 확보한 145개 B.롱검을 비교 분석한 결과 ‘B.롱검 아종 롱검’ 변종은 프로파지(prophage)(예: 바이러스성 물질) 및/또는 메가플라스미드(megaplasmid)(예: 박테리아 염색체 외부에 있는 유전 물질)의 존재 여부에 따라 7개의 군집으로 분류할 수 있는 것으로 나타났다.

변종과 연구 대상자의 연령에 존재하는 유전자의 수 사이에 유의미한 부(負)적 상관관계가 있는 것으로 나타났지만 분리한 변종과 대상자의 연령 사이에서는 상관관계가 관찰되지 않았다. 이는 보다 젊은 대상자에서 분리한 ‘B.롱검 아종 롱검’ 변종에는 평균적으로 나이가 많은 대상자의 ‘B.롱검 아종 롱검’ 변종보다 유전자 수가 더 많다는 것을 시사한다. 연구원들은 각기 다른 연령대에서 분리한 변종에 있는 유전자 수를 확인하기 위해 조사를 더 진행했으며 그 결과 유전자군(群)을 유아 유전자군, 성인 유전자군, 노인 지배적 유전자군 및 대상자 연령과의 관계를 나타내지 않는 유전자군 등 4개 유전자군으로 분류했다(그림2).

유아와 연관된 변종은 모유에 있는 탄수화물을 활용하는 데 더 잘 적응

연구원들은 나이가 어린 대상자의 ‘B.롱검 아종 롱검’에는 모유에 들어 있는 모유 올리고당(HMOs) 구성 성분의 하나인 당 시알산(sugar sialic acid)을 포함한 당질을 활용하는 유전적 코드가 있는 변종이 있다는 것을 자주 확인했다. 이러한 특성은 B.롱검이 모유의 구성 성분을 활용함으로써 유아의 내장 환경에서 생존하기 위한 적응 전략일 수 있다.

노인과 연관된 변종은 야채에 있는 불용성 섬유를 활용하는 데 더 잘 적응

또 연구원들은 노인 대상자에서 분리한 ‘B.롱검 아종 롱검’에는 세포 밖의 α-L-아라비노퓨라노시다아제(α-L-arabinofuranosidase)를 암호화하는 것으로 알려진 독특한 유전 정보를 담은 변종이 다수 있는 것으로 관찰했다. 이러한 효소는 불용성 섬유 함유율이 높은 채소와 곡물 등 식물성 식품에 있는 복합당을 분해할 수 있다. 일본의 노인들은 젊은 사람들보다 채소를 훨씬 더 많이 먹는 것으로 보고되고 있기 때문에[4] 섬유질이 함유된 음식물을 소화하는 이러한 유전적 특성이 노인들의 내장에 B.롱검이 상주하도록 했을 것으로 보인다.

또한 노인 대상자에게서 분리한 ‘B.롱검 아종 롱검’ 변종에는 열 충격 단백질 HSP20을 포함하여 세균이 환경적 스트레스에 어떻게 반응하는 지를 나타내는 두 가지 유전자 군집이 더 많이 있는 것으로 확인됐다. [5] 열 충격 단백질은 유기체가 극열, 산소의 노출, 배고픔 등의 스트레스에 반응하도록 하기 위해 생성된다. 스트레스에 반응할 수 있는 변종은 적응과 생존을 더 잘 할 수 있을 것이라고 추정해도 무리가 없다.

특정 변종은 아버지와 자녀 사이, 부부 사이, 심지어 3세대에 걸쳐 전파

동일 가정 내의 여러 가족 구성원들에게서 분리한 몇 가지 ‘B.롱검 아종 롱검’ 변종은 근본적으로 동일한 유전적 내용을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 이 같은 연구 결과는 이러한 변종이 과거에 보고된 바와 같이 어머니와 자녀 사이뿐 아니라 다른 여러 가족 사이에서도 전파됐다는 것을 시사하고 있다.

모리나가 차세대 과학연구소(Next Generation Science Institute) 미생물학 연구부(Microbiota Research Dept.) 부장이며 이번 연구의 수석 연구원인 오다마키 도시타카(Toshitaka Odamaki)박사는 “이들 변종이 어머니와 자녀 사이에 전파됐을 뿐 아니라 아버지와 자녀 사이, 심지어 부부 사이에서도 전파된 것으로 관찰된 것은 주목할만한 일”이라며 “또한 내장 미생물총의 특정 변종이 가령 할머니에서 어머니, 그리고 어머니에서 유아로 전파되는 등 3세대에 걸쳐 전파됐다는 보고는 처음”이라고 말했다.

이어서 오다마키 박사는 “이 같은 유전자의 다양성과 가족 사이의 균종 전파 수준이 높은 것은 ‘B.롱검 아종 롱검’의 생존 전략이며 그러한 전략이 각 연령대에 광범위하게 분포되도록 만든 것으로 추정된다”고 설명하고 “이번 연구 결과 보고는 각 주요 연령대에 맞는 최상의 후보 유산균을 확인하기 위한 미래 연구의 기반을 제공할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

APC 마이크로비옴 아일랜드 연구소의 연구 프로젝트 책임자인 도우베 반 신데렌(Douwe van Sinderen) 교수는 “APC 마이크로비옴 아일랜드는 사람들의 연령 단계 별로 습관적 식사, 항생제의 노출, 스트레스 정도 등 각기 다른 환경적 요소에 대한 노출에 따른 반응으로 인체 내 미생물총이 어떻게 변화하는지에 매우 깊은 관심을 갖고 있다”고 말하고 이 같은 공동 과학적 연구 노력의 매력을 강조하면서 “산업계 파트너인 모리나가와 협력함으로써 기법과 노하우를 서로 보완하여 우리가 단독으로는 이룰 수 없는 식견을 확보할 수 있었기 때문에 이것은 특히 생산적이고 만족스러운 협력 프로젝트였다”고 소견을 밝혔다.

모리나가의 오다마키 박사는 스페인 바르셀로나에서 2018년 2월 7~9일 개최된 IPA World Congress 및 프로바이오타 바르셀로나(IPA World Congress+Probiota Barcelona)에서 이러한 연구 결과를 발표했다.
 

류열 기자  jigyo00@barhyo.kr

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