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미생물이야기 장내미생물 가운데 건강에 유익한 종류를 프로바이오틱(probiotic)이라고 부른다.
2013-08-16 10:05:56
이엠생명과학연구원

 

미생물의 역할 가운데 빼 놓을 수 없는 것이 질병치료와 같은 의학적 용도다. 질병치료에 있어 전환점이 된 항생제 즉 항생물질의 생산은 토양미생물인 곰팡이와 세균인 방선균이 담당하고 있다. 페니실린은 푸른곰팡이 페니실리움이, 세팔로스포린은 곰팡이 세팔로스포리움(Cephalosporium)이 생산한다. 현재 주로 상용화된 항생제는 세균인 방선균(스트렙토마이세스 Streptomyces)(그림1)이 만든 것이다. 방선균이 생산한 주요 항생제에는 가나마이신, 에리트로마이신, 스트렙토마이신, 테트라사이클린 등이 있다.

<그림1. 항생물질을 생산하는 방선균 스트렙토마이세스>

 

췌장성 당뇨병 치료에 필수적인 인슐린(insulin)은 사람의 인슐린 유전자를 대장균(Escherichia coli, E. coli) 유전자에 삽입시키는 생명공학기법으로 대량생산하고 있다. 생명공학의 벡터로는 앞에서 얘기한 세균의 플라스미드 외에도 미생물 바이러스인 박테리오파아지(bacteriophage), 효모의 염색체 등 모두가 미생물에서 기원된 유전물질이 사용되고 있다. 생명공학기법으로 생산되고 있는 의약품에는 인슐린 외에도 빈혈증 치료제 에리스로포이에틴(EPO), 혈전용해제 TPA, 혈액응고제 유로키나제, 인간성장호르몬, 면역조절물질인 인터페론(interferon)이나 인터루킨(interleukin) 등이 있다.

 

제너가 발견한 종두법은 흔히 우두바이러스라고 불리는 백시니아바이러스(vaccinia virus)를 예방접종하는 것이다. 이 바이러스가 우리 몸속에 들어가면 우두라는 질병을 가볍게 앓으면서 항체가 생긴다. 이 항체는 천연두바이러스에 대해서도 똑 같이 작용하여 퇴치함으로써 우리가 천연두에 걸리지 않는 것이다. 천연두를 비롯한 병원체 백신을 만드는 데는 주로 미생물이 활용되고 있다. 대개 백신은 주로 독성을 약화시킨 병원균인 약독화백신을 사용한다. 그런데 이걸 주사 맞은 사람은 우두바이러스와 마찬가지로 가볍기는 하지만 병을 앓는 부작용이 생기기 마련이다. 이런 부작용 없이 항체만 몸에서 만들어지게 하는 백신을 생명공학기법으로 제조하는 기술도 이미 개발되어 있다.

 

여기에서 한걸음 더 나아가 유전자 이상이 생긴 세포 때문에 생기는 유전병의 경우 바이러스를 벡터로 사용하여 유전병 세포의 유전자를 정상으로 바꾸는 기술 즉 유전자치료에도 미생물이 활용되고 있다.

 

 

사람은 수많은 종류의 미생물과 더불어 살고 있다. 대다수 미생물은 인간에게 해가 없거나 이로운 공생미생물이며, 이런 미생물을 통틀어 정상균무리(normal flora)라고 부른다. 정상균무리의 수는 사람 세포수의 10배인 수백조에서 1천조 개에 이르는 것으로 추정되며, 이들의 중요한 역할이 병원체를 물리치는 것이다. 우리가 병원체에 감염되어 질병을 앓는 이유 가운데 하나는 인체환경의 변화로 정상균무리의 수가 줄었거나 특정미생물이 사라졌기 때문이다. 정상균무리가 가장 많이 살고 있는 장소는 대장이다. 대장을 비롯한 장에서 살고 있는 미생물을 통틀어 장내미생물(그림2)이라고 부른다. 장내미생물 대부분은 장내세균이며, 그 종류는 500종류 이상이다. 대장에서 사는 장내미생물 수는 장 내용물 1그램당 천억에서 1조 마리로 추정된다. 이를 무게로 환산하면 1~1.5킬로그램이다. 그리고 사람이 배설하는 대변 무게의 1/3을 장내미생물이 차지한다.

<그림2 . 사람 대장 표면의 장내미생물>

 

장내미생물 거의가 산소가 없는 환경에서만 살아 갈 수 있는 혐기성미생물(무산소성미생물)이다. 그렇지만 장내미생물 가운데 산소가 있어도 없어도 살 수 있는 통성혐기성세균(조건무산소성세균)도 있어, 이들이 대장에 유입된 산소를 소모함으로써 대장의 환경은 혐기성조건(무산소조건)이 유지된다. 장내혐기성세균의 대표주자는 박테로이데스(Bacteroides)와 클로스트리디움(Clostridium)이다. 장내미생물의 구성은 사람마다 크게 다르며, 같은 사람이라도 나이, 건강상태, 섭취하는 음식에 따라 크게 달라진다.

 

장내미생물의 중요한 역할은 음식물 소화에 따른 영양소 섭취와 더불어 사람이 직접 만들지 못하는 비타민과 같은 필수영양소를 생산하는 것이다. 연구에 의하면 정상군무리가 생기지 않도록 무균환경에서 키운 쥐의 몸무게에 비해 정상균무리를 가진 쥐는 약 30%가 무거운 것으로 나타났다.

 

장내미생물 가운데 건강에 유익한 종류를 프로바이오틱(probiotic)이라고 부른다. 대표적인 프로바이오틱은 요구르트에 포함된 젖산균과 비피도박테리움(Bifidobacterium, 그림10)이다. 이런 장내세균이 증가하면 항체량이 증가하게 되고 결국 면역력이 향상된다. 특히 비피도박테리움은 노화와도 관련이 있는 것으로 알려지고 있는데, 어릴 때는 장내세균 가운데 비피도박테리움 비율이 아주 높다가 나이가 들수록 그 수가 감소하며 노인이 되면 사라진다.




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