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미생물이야기 장 건강이란?
2013-08-05 12:28:06
이엠생명과학연구원

장내 세균과 소화기관


사람의 소화관은 입부터 항문까지 이루어진 하나의 관입니다. 소화관의 각 부위는 기능이 다르고 세균이 서식하는데 필요한 조건이 잘 구비된 부분이 있지만 그렇지 못한 곳도 있습니다.


입에는 항상 타액이 흐르고 음식 섭취 동안에도 외부 공기와 계속 접촉하기 때문에 세균의 서식처가 됩니다

. 타액에는 주로 연쇄구균이나 유산간균 등의 호기성균과 베이요넬라, 후소박테리움, 프로피오니박테리움, 박테로이드스, 혐기성 연쇄구균, 레프트리키아 등의 혐기성 세균이 거의 반반씩 차지하고 있습니다. 이 밖에도 나이세리아, 포도상구균, 스피로헤타, 비브리오, 효모, 마이코플라즈마, 비피더스 균 등도 야간 검출되는데 분변 유래의 대장균이 검출되는 일은 별로 없습니다. 이과 같은 균총을 가진 타액은 음식물과 함께 식도를 거쳐서 위로 들어갑니다.

위는 공복시는 위산 때문에 ph가 3.0 이하까지 내려가고 세균수는 극히 적으며 유산간균, 연쇄구균, 효모와 같은 내산성이 강한 것만이 검출됩니다. 여기에 음식물이 들어오면 위 내용물의 ph는 4.0 이상으로 상승하며, 체온으로 데워져서 세균이 급격하게 증식합니다. 여기에서 증식하는 세균은 유산간균, 효모 등의 본래부터 위에 서식하고 있던 것과, 입에 있던 것이 음식물과 함께 들어온 연쇄구균, 박테로이드스, 비피더스균, 베이요넬라, 후소박테리움, 대장균, 바이러스, 포도상구균 등입니다. 그러나 위액의 ph가 점차 낮아지면서 산에 약한 세균은 사멸하고 세균수는 적어지며 곧 이어서 유문변이 열리고 위내용물이 소장으로 흘러 들어간다. 외부로부터 침입해 들어오는 미생물에 대한 제 1차 방어벽이 위라고 할 수 있습니다.
소장은 십이지장, 공장, 회장 3개를 총칭합니다. 소장 상부의 십이지장에서 분비되는 담즙, 그리고 췌장에서 강알칼리성의 췌장액이 분비된다. 이는 또한 외부로부터 침입하는 미생물에 대한 제 2차 방어벽이 되고 있습니다. 공장을 통과하여 소장 하부인 회장에 이르면, 미생물의 숫자가 급격히 증가하는데요. 이는 장의 내용물이 장액에 의해 중화되거나, 음식물의 통과 속도가 느려지거나 하는 등의 이유에 의해서 미생물이 달라붙기 쉬운 조건이 만들어지기 때문입니다. 회장을 지나면 대장으로 들어간다. 대장의 첫번째부분이 맹장이구요, 상행결장, 횡행결장, 하행결장이 그 뒤를 잇고 있으며 다시 S자형 결장과 직장을 통해 항문에 이르게 됩니다. 대장에서 볼 수 있는 균총은 분변에서 볼 수 있는 것들과 거의 같으며, 박테로이드스, 비피더스균, 유박테리움, 클로스트리디움 등의 혐기성 세균이 가장 우세하고 대장균, 연쇄구균, 유산간균, 베이요넬라, 포도상구균은 적게 검출됩니다.


건강한 장이란?


 

인간의 장내세균총은 나이의 변화에 따라 바뀌게 됩니다.
갓 태어난 아기의 장내에 가장 먼저 나타나는 세균은 대장균과 장구균 등의 어디서나 잘 생육할 수 있는 것들인데요. 그러다가 생후 3~4일째가 되면 어디에서 오는 것인지 모르지만 비피더스균이 나타나고, 5일째가 되면 비피더스균이 가장 우세한 분포를 차지한다. 그 결과 다른 균은 100분의 1로 감소하게 됩니다.
모유 영양아의 분면 1g 중의 비피더스균은 장내세균 전체의 99% 이상 차지하고, 기타 잡균은 거의 없습니다. 아기의 젖먹는 기간이 끝나면 이유식을 시작하면서 점차 어른의 식사형태를 닮아가는데, 이렇게 되면 여러가지 혐기성균이나 부패균이 증식하면서 이유기가 끝나면 장내세균의 분포가 어른의 것과 비교하여 구별할 수 없는 상태로 된다. 장내세균의 종류는 유아기, 소년기, 청년기, 장년기로 될수록 점차 많아집니다.
사람이 노인에 가까워지면 장내세균의 균형도 노화한다.  장내에 우세하던 비피더스균의 세력이 약화되고 나이에 따라서 점점 감소해갑니다. 그리고 반대로 부패균의 일종인 웰시균(Clostridium perfringens)이 급속하게 증가하기 시작하고, 또 대장균이나 장구균도 증가합니다. 이렇게 되면 장내 환경은 부패현상으로 변하면서 분변의 냄새도 악취가 심하게 나게 됩니다.

따라서 사람의 장 속에 유익한 균이 많고, 유해한 균이 적은 비율로 존재하여 비로소 그 기능을 원활히 수행될 때 건강한 장이라고 할 수 있습니다.

Probiotics와 Prebiotics 와 장 건강


 

probiotics (생균제)
프로바이오틱스(probiotics, 생균제)란 사람과 동물의 생체 장관 내 정상 세균총의 균형을 개선함으로써 숙주에 유익한 작용을 하는 살아있는 미생물 제제 또는 미생물의 성분을 말합니다. 예를들면 lactic acid bacteria, bifidobacteria, Bacilli, Propionibacteria, yeast 등이 있습니다.

prebiotics (생균촉진제)
프리바이오틱스(prebiotics, 생균촉진제)란 소화가 되지 않는 식품원료로 결장에서 선택적으로 유익 미생물을 성장시키고 활성화시켜 사람이나 동물에게 유익한 역할을 할 수 있게 하는 것을 말합니다. 대표적인 프리바이오틱스 식품원료로는 프락토올리고당 및 각종 올리고당, 목이버섯, 알로에 등이 있습니다.


* synbiotic
신바이오틱은 프로바이오틱스와 프리바이오틱스의 혼합물을 말하는 것으로 최근 생겨난 개념입니다. 프로바이오틱스와 프리바이오틱스의 시너지 효과를 기대할 수 있습니다.


probiotics, prebiotics의 기작


 

프로바이오틱스는 병원성 박테리아를 경쟁적으로 저해하고 병원균의 장 점막의 부착을 저해합니다. 혹은 병원균과 응집하여 집합체를 이루어 병원균의 활동을 억제하기도 합니다. 또한 프로바이오틱 균주가 장 점막에 부착한 접합부위의 점액분비의 촉진과, 면역분자의 생산들은 소화관 장벽의 기능을 증강합니다.

또한 아래의 그림은 프로바이오틱스 중에 하나인 비피도박테리아의 포도당 대사 경로입니다. Bifidobacteria는 glucose 를 fructose-6-phosphate 대사경로에 의해 이용하며 aldolase(fructose-1,6-diphosphate 에서 3,4번 탄소를 절단하여 디히드록시아세톤인산과 D-글리세르알데하이드-삼인산을 생성하는 효소)와 glucose-6-phosphate dehydrogenase는 없지만 fructose-6-phosphate phosphoketolase(아세틸인산, 에리트로오스4-인산, 물을 생성하는 효소)는 가지고 있습니다. 따라서 종합적으로 보면, 비피도박테리움속 박테리아에 의해 2몰의 glucose가 발효되면, 3몰의 acetate와 2몰의 lactate를 생산합니다. 다른 유산균의 발효 산물(유산, 에탄올, 초산, 이산화탄소 가스 등)들과는 다르게 비피더스는 유산과 초산만을 대부분 생성하는데, 이는 장내 pH를 낮춰줌으로서 유해 미생물의 생육을 억제하는 환경을 만들어 줍니다.


또한 기타 유산균이 생산하는 항균물질에는
 
1. 유기산 : 순수 유산 발효 유산균들은 당류를 발효 이용한 다음 최종산물을 유산만을, 이성 유산 발효 유산균은 유산,초산, 알코올, CO₂등을 생산한다. 일반적으로 약산은 중성 PH보다 낮은 PH에서 항균력이 더 강하다고 한다. 유산보다 초산의 항균력이 더 강하고 광범위하다. 이는 유산보다 초산의 pKa가 높기 때문이며(PH 4.75 / PH 3.08) PH 4에서 유산은 11%만이 해리되지 않은 상태이지만 초산은 85%가 해리되지 않고 있다. 해리된 산 분자도 미생물 생장을 억제하지만 해리되지 않은 약산 분자가 미생물 억제력이 높다. (해리되지 않은 산분자는 지방에 용해성이 있기 때문에 세포막을 통과해 세포내로 확산된다고 한다. 산분자의 흡수에 에너지가 소요되기도 하며, 세포질은 일반적으로 중성 PH이기 때문에 산이 세포 내에 들어가면 산분자는 해리될 것이다. 이때 산분자는 세포질에 양자를 방출하므로 세포막의 PH 구배를 해제시켜서 생장을 억제한다.)

2. 탄산가스 : 이성 유산 발효 유산균들이 헥소오스를 발효할 때, 탄산가스를 많이 생산하지만 탄산가스를 생산하는 다른 대사경로도 여러 곳에 있다. 탄산가스는 환경을 혐기상태로 만들어 호기성 미생물을 억제하지만 탄산가스 자체도 항균력이 있다. 그 기작은 확실하지 않지만 효소적 탈탄산작용이 억제되거나 세포막에 탄산가스가 축적되면 투과성에 장애를 받는 것으로 생각되고 있다.

3. Diacetyl : 버터의 향미성분으로, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus속 등의 유산균들이 생산하며 Baciiili 등에 항균력이 있다고 보고된 물질입니다. Diacetyl은 gram 양성균보다 gram 음성균, 효모, 곰팡이 등에 항균력이 높으며 젖산균에는 항균력이 제일 낮다. Diacetyl은 gram 음성균의 arginine 결합 단백질과 반응해서 arginine의 이용을 방해하는 것으로 보고되었습니다.

4. 흡착억제물질 : 흡착억제물질은 항균성은 없지만 미생물이 장내에 정착하는 것을 억제하기 때문에 관심이 가는 물질들로서 미생물의 장내 생존에 영향을 미치는 것으로 알려지고 있다. 대부분의 장내 환경에서 표면에 흡착하지 못하면 미생물들은 씻겨 내려가기 때문에 매우 중요한 성질이다. Bifidobacteria는 장벽에 흡착하여 장분비액과 장연동에 의해 씻겨 내려가지 않고 여러 병원균들의 흡착과 침입을 억제할 수 있다.

그 외에도 저분자 항균물질, Bacteriocins, 항균성 Peptide와 기타 효소, 과산화수소(H₂O₂), Lactoperoxidase 등을 생산하여 장 건강에 큰 도움을 줍니다.




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