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Dissertation 장내세균 과 체질
2013-09-30 16:49:27

[좌측부터 체질 1형 2형 3형]

1) 박테로이데스(Bacteroides) : 탄수화물을 분해하고 비타민 B2, B5, C, H를 만드는 것이 주된 기능이다. 박테리오데스 세균이 많은 속에 속하는 피실험자들 중에는 비만을 겪는 사람이 거의 없는 제1형 체질에 속한다.

 

2) 프레보텔라(Prevotella) : 점액을 분해하고 비타민 B1과 엽산을 만드는 균으로서 장내 세균총 조합에서 우세한 제릴은 제2형의 체질을 갖는다.

 

3) 루미노코커스(Ruminococcus) : 세포가 당분을 흡수할 수 있도록 돕는 역할을 하는 이 세균은 비만을 유발하기 위한 조건을 가지고 있으며 제3형의 체질을 갖는다.

독일 하이델베르크 소재 유럽분자생물학연구소의 피어 보크(Peer Bork) 박사팀이 이 연구를 이끌었다.

 

장내미생물 거의가 산소가 없는 환경에서만 살아 갈 수 있는 혐기성미생물이다.

 

그렇지만 장내미생물 가운데 산소가 있어도 없어도 살 수 있는 통성혐기성세균도 있어, 이들이 대장에 유입된 산소를 소모함으로써 대장의 환경은 혐기성조건이 유지된다.

 

장내혐기성세균의 대표주자는 박테로이데스와 클로스트리디움이다.

 

장내미생물의 구성은 사람마다 크게 다르며, 같은 사람이라도 나이, 건강상태, 섭취하는 음식에 따라 크게 달라진다.

 

세균은 수백만 년 동안 사람과 공생 관계를 이루며 진화해 마치 장기처럼 필수적인 존재가 되었다.

 

장내미생물의 중요한 역할은 음식물 소화에 따른 영양소 섭취와 더불어 사람이 직접 만들지 못하는 비타민과 같은 필수영양소를 생산하는 것이다.

 

 

장내세균 과 체질

 

사람의 세포는 성인의 경우 10조개 정도인데 사람과 함께 사람속에서 살아가는 세균의 수는 사람의 세포수도다 10배가 더 많은 100조마리 이상이라고 한다.

그들중 대부분은 창자속에 거주하는데 500여종 100조마리 이상의 세균이 사람의 세포와 더불어 인체를 구성하고 있다.

입에서 항문으로 이어지는 길이 10m의 소화관 융모 조직은 표면적이 테니스장 정도로 넓고, 세균을 다 합하면 무게가 1㎏이 넘는다.

이렇게 100조 마리나 되는 장내세균들은 음식의 소화와 칼로리 추출, 면역체계 보조, 장내 건강 유지, 비타민 생산 등 각종 신진대사를 담당한다.

인체를 유지하는 것은 인간의 세포가 아니라 세균이라고 주장하는 것이 이 때문이다.

인간세포속의 미토콘드리아도 세균이었다가 인간세포속에 공존을 하는 형태로 바뀐 것이며 미토콘드리아는 세포속에 사는 세균이며 사람몸은 걸어다니는 거대한 세균들의 집합이라 할 수 있다.

대부분의 세균들은 소화기관에 붙어서 공생과 기생을 하고 있는데 창자 속 세균은 메탄이나 황화수소 형태로 존재하는 과잉수소를 없애는 핵심세균을 중심으로 군집을 형성한다.

신체세포보다 10배가 많은 100조개 세균은 결국 사람의 체질을 만든 다는 것이 연구결과 발표되었다.

창자속에 사는 세균종류가 숫자와 역활로 나눠서 3가지로 분류로 제칠을 구분하는 것이 가능하다는 사실을 밝혀냈다.

 

연구에 의하면 정상미생물상이 생기지 않도록 무균환경에서 키운 쥐의 몸무게에 비해 정상미생물상을 가진 쥐는 약 30%가 무거운 것으로 나타났다.

창자속의 세균도 유익한 세균을 양성하고 해로운 세균을 억제하는 식사요법이 필요하다.

대장속의 대장균들은 소화에 중요한 영향을 미치기에 태어나서 제대로 생성되지 않으면 문제가 된다.

사람은 대변의 1/3이 대장균같은 장내세균의 잔해이며 유해균이 단백질을 분해하여 암모니아와 아민같은 독성물질을 발생시키기도 한다.

비만은 동물 개체의 에너지 수지의 불균형으로 체지방이 과잉으로 축적된상태이다.

비만의 원인으로는 유전적 배경과 환경요인 쌍방이 관련되는데,최근 장내 세균총이 그 환경요인의 하나로서 주목을 받고 있다.

이 근거로서는 정상체중 개체와 비만 개체와는 장내 세균총의 구성이 다르다는 것, 장내세균총을 갖는 보통의 마우스에 비해 장내 세균총을 갖지 않는 무균 마우스는 비만에 대한 저항성을 나타낸다는 것, 비만 기증 마우스로부터의 장내 균총 이식으로 수혜 마우스의 체지방 축적이촉진되는 것 등을 들 수 있다.
장내 세균총이 숙주의 체지방 축적에 영향을 미치는 메커니즘으로서 생각되는 것은, 장관(腸管)의 식품 유래 난소화성 탄수화물로부터의 에너지 획득,소화관 호르몬 생산·분비를 통한 식욕조절, 숙주의 지질·에너지 대사에의 영향 등이다.

장내 세균총이 비만 발증(發症)이나 진전의 환경요인이라는 것은,바꿔 말하면, 장내 세균총이 비만의 예방·치료의 표적이 될 수 있다는 것이다.


예를 들면, 어떤 종류의 세균 주를 섭취하는 것에 의해 비만을 예방·치료하는 즉 Probiotics가 가능할지도 모른다.

비만에 장내세균총의 관여가 제안되기 이전에 가금에 세균 주를 투여함으로써 체지방의 축적이 억제될 수 있음을 1995년 Santoso 등의 연구로 브로일러 병아리에 Bacillus subtilis 배양액의 동결 건조물을 혼합 사료로 투여함으로써 체중이나 사료섭취량의 변화는 없었지만, 복강 지방조직 중량이나 간장(肝臟) 중성지방 함량이 대조군에 비하여 낮은 값을 나타내었다고 한다.

그들을 따르면 Bacillus cereus toyoi는 체열 발생을 증가함으로써 지방축적을 억제할 수 있다는 것이고, 이들은 가금의 식육 생산에서 폐기의 대상이되는 복강지방을 감소하는 수단으로서 세균 주의 투여가 성공한 사례도 있다고 한다.


그 후 장내 세균총과 비만과의 관련이 지적된 이래 인간의 비만예방·치료를 의도한 연구로서, 여러 종류의 젖산균주가 체지방축적에 미치는영향에 관해 보고되고 있다. 사람을 통한 시험에서는 정상 체중자 및 BMI높은 사람에 대한 이중맹검 무작위 위약 대조시험이 모두 일본에서 실시되어, 전자에서는 체지방율의 저하가, 후자에서는 복부(내장 및 피하) 지방, 체중, 및 BMI 등의 감소를 볼 수 있었다.


동물실험에서는 대부분이 고지방식에 의해 유도되는 비만모델을 사용하여107~109/일 균체를 투여하여 백색지방 세포크기 및 백색지방 조직 중량의 증가 억제를 관찰하였다.

앞으로는 새로운 세균주에 대하여도 실시가 필요하다. 동물실험에서는 투여한 세균주의 작용 메커니즘에 대해서도 해석되고 있다.

지금까지 제안된 것으로서, 장관에서 지질흡수를 억제하는 세균주가 생산하는 공역 리놀산이 지방조직에서의 지방분해를 촉진하는 것, 리포단백질리파아제의 내인성 저해 단백질인 Fiaf(Fasting-induced dipose factor)의 발현을 유도하여 혈중의 중성지방으로부터 지방세포로의 유리지방산의 이행을억제하는 것, 교감신경의 활성화에 의해 지방조직에서 지방분해를 촉진하는것 등이 있다.


장관에 존재하는 세균주는 아마 장점막의 자연 면역계로 인식되기 때문에세균주의 작용 일부는 장점막 자연면역계와 지질·에너지대사나 교감신경의활동 등과의 사이에 존재하는 어떤 연관을 통해서 발휘되는 것인지도 모른다.


한편, 세포·분자 수준에서의 작용 메커니즘이 해명된다면, 항비만 프로바이오틱스 개발을 위한 연구영역이 개척될 것이다. 예를 들면, 내장 상피 세포주에 다양한 세균 주를 뿌려, Fiaf 발현 유도 능을 지표로서 스크리닝하는 것같은 연구는 이미 개시되어있는지도 모른다.

 

출처

園山慶, “肥滿の環境要因としての腸內細菌叢”, 「化學と生物(日本)」, 49(10), 2011, pp.664-665

한국과학기술원(KAIST)ICC 강의동 L605 이엠생명과학연구원 www.green114.biz

 

Bacterial Ecosystems Divide People Into 3 Groups, Scientists Say


By CARL ZIMMER
Published: April 20, 2011 

In the early 1900s, scientists discovered that each person belonged to one of four blood types. Now they have discovered a new way to classify humanity: by bacteria. Each human being is host to thousands of different species of microbes. Yet a group of scientists now report just three distinct ecosystems in the guts of people they have studied.


Blood type, meet bug type.

“It’s an important advance,” said Rob Knight, a biologist at the University of Colorado, who was not involved in the research. “It’s the first indication that human gut ecosystems may fall into distinct types.”

The researchers, led by Peer Bork of the European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, Germany, found no link between what they called enterotypes and the ethnic background of the European, American and Japanese subjects they studied.

Nor could they find a connection to sex, weight, health or age. They are now exploring other explanations. One possibility is that the guts, or intestines, of infants are randomly colonized by different pioneering species of microbes.

The microbes alter the gut so that only certain species can follow them.

Whatever the cause of the different enterotypes, they may end up having discrete effects on people’s health. Gut microbes aid in food digestion and synthesize vitamins, using enzymes our own cells cannot make.

Dr. Bork and his colleagues have found that each of the types makes a unique balance of these enzymes. Enterotype 1 produces more enzymes for making vitamin B7 (also known as biotin), for example, and Enterotype 2 more enzymes for vitamin B1 (thiamine).

The discovery of the blood types A, B, AB and O had a major effect on how doctors practice medicine. They could limit the chances that a patient’s body would reject a blood transfusion by making sure the donated blood was of a matching type. The discovery of enterotypes could someday lead to medical applications of its own, but they would be far down the road.

“Some things are pretty obvious already,” Dr. Bork said. Doctors might be able to tailor diets or drug prescriptions to suit people’s enterotypes, for example.

Or, he speculated, doctors might be able to use enterotypes to find alternatives to antibiotics, which are becoming increasingly ineffective. Instead of trying to wipe out disease-causing bacteria that have disrupted the ecological balance of the gut, they could try to provide reinforcements for the good bacteria. “You’d try to restore the type you had before,” he said.

Dr. Bork notes that more testing is necessary. Researchers will need to search for enterotypes in people from African, Chinese and other ethnic origins. He also notes that so far, all the subjects come from industrial nations, and thus eat similar foods. “This is a shortcoming,” he said. “We don’t have remote villages.”

The discovery of enterotypes follows on years of work mapping the diversity of microbes in the human body — the human microbiome, as it is known. The difficulty of the task has been staggering. Each person shelters about 100 trillion microbes.

(For comparison, the human body is made up of only around 10 trillion cells.) But scientists cannot rear a vast majority of these bacteria in their labs to identify them and learn their characteristics.

As genetics developed, scientists learned how to study the microbiome by analyzing its DNA. Scientists extracted DNA fragments from people’s skin, saliva and stool. They learned how to recognize and discard human DNA, so that they were left with genes from the microbiome. They searched through the remaining DNA for all the variants of a specific gene and compared them with known species. In some cases, the variants proved to be from familiar bacteria, like E. coli. In other cases, the gene belonged to a species new to science.

These studies offered glimpses of a diversity akin to a rain forest’s. Different regions of the body were home to different combinations of species. From one person to another, scientists found more tremendous variety. Many of the species that lived in one person’s mouth, for example, were missing from another’s.

Scientists wondered if deeper studies would reveal a unity to human microbiomes. Over the past few years, researchers have identified the genomes — the complete catalog of genes — of hundreds of microbe species that live in humans. Now they can compare any gene they find with these reference genomes.

They can identify the gene’s function, and identify which genus of bacteria the microbe belongs to. And by tallying all the genes they find, the scientists can estimate how abundant each type of bacteria is.

In the recent work, Dr. Bork and his team carried out an analysis of the gut microbes in 22 people from Denmark, France, Italy and Spain. Some of their subjects were healthy, while others were obese or suffered from intestinal disorders like Crohn’s disease. Dr. Bork and his colleagues searched for fragments of DNA corresponding to the genomes of 1,511 different species of bacteria. The researchers combined their results with previous studies of 13 Japanese individuals and 4 Americans.

The scientists then searched for patterns. “We didn’t have any hypothesis,” Dr. Bork said. “Anything that came out would be new.”

Still, Dr. Bork was startled by the result of the study: all the microbiomes fell neatly into three distinct groups.

And, as Dr. Bork and his colleagues reported on Wednesday in the journal Nature, each of the three enterotypes was composed of a different balance of species. People with type 1, for example, had high levels of bacteria called Bacteroides. In type 2, on the other hand, Bacteroides were relatively rare, while the genus Prevotella was unusually common.

“You can cut the data in lots of different ways, and you still get these three clusters,” Dr. Bork said.

Dr. Bork and his colleagues found confirmation of the three enterotypes when they turned to other microbiome surveys, and the groups continue to hold up now that they have expanded their own study to 400 people.

This article has been revised to reflect the following correction:

Correction: April 20, 2011


An earlier version of this article misstated the number of microbes relative to the number of cells in the human body. Each person shelters about 100 trillion microbes, not 10 trillion, and is made up of about 10 trillion cells, not one million.


Correction: April 23, 2011


A headline on Thursday with an article about the discovery by a group of scientists that people can be classified by the bacteria in their digestive systems misstated the conclusions of the researchers. They reported finding three ecosystems, each involving a multitude of bacteria species, in the human gut — not just three types of bacteria.

한국과학기술원(KAIST)ICC 강의동 L605 이엠생명과학연구원 www.green114.biz




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