Global compositional and functional states of the human gut microbiome in health and disease
이선재
광주과학기술원 생명과학과
우리 몸에 존재하는 장내 미생물, 즉 마이크로바이옴은, 인체의 생리작용의 다양한 측면에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 면역 발달, 대사 항상성 조절에 관여하며, 이에 대한 불균형으로 인해서 다양한 질환들, 비만, 대사성 질환, 심혈관 질환, 암 등에 영향을 끼치고 있으며, 특히 분변 이식술 등 건강한 마이크로바이옴 도입을 통해서 질병 치료가 가능하다는 연구 결과가 발표되면서 전세계적인 큰 관심을 받고 있다. 최근에는 뇌신경 질환 중 하나인, 파킨슨, 우울증, 알츠하이머 치매 등의 질환과의 강한 연관성이 밝혀지고 있다.
본 연구에서는 기존에 공개된 전 세계 19개국 장내 마이크로바이옴 빅데이터를 분석하여 당뇨병, 염증성 장질환, 우울증 등 23개의 질병에 연관된 장내 마이크로바이옴 특징을 규명하였다. 특히, 북미, 유럽 및 남아시아 및 동아시아 전역에서 6,014개의 인간 장내 샷건 메타지놈 데이터(장내 미생물 유전체 데이터)를 심층 분석 하였으며, 메타분석 (meta-analysis) 및 기계 학습 (machine learning) 모델을 이용해 건강한 개인과 특정 질병을 가진 사람에게 어떤 박테리아가 가장 많이 나타나는지를 분류해 특정 기능을 특정 박테리아와 연결시켰다.
특히 메타 분석을 통해서, 대다수의 질병 환자들의 장내 마이크로바이옴에서 Fusobacterium, Clostridium, Streptococcus 균주들이 증가하고, Lachnospiraceae (예시: Anaerostipes, Coprococcus)에 속하는 단쇄지방산(short-chain fatty acids) 생성균주들이 감소됨을 발견하였다.
연구진은 또한 해당 질병의 마이크로바이옴 특징들이 (예시: Clostridium 균주 증가) 서구화된 나라의 정상인에게도 연관되었음을 확인하였고, 특히 서구화된 마이크로바이옴에서 나타나는, 장내 염증을 촉진하는 박테리아들과 항생제 내성 균주들이 지속적으로 증가함을 확인하였다. 따라서 앞으로 건강 유지를 위해서, 서구화된 식사로 인해 망가진 장 건강을 회복할 수 있는 식습관들을 밝혀내는 것들이 중요해질 것으로 예상하였다. 본 연구는 ‘인간 질병 마이크로바이옴 지도(Human Gut Microbiome Atlas)’라는 open-access platform을 통해서 공개되었다(https://www.microbiomeatlas.org/).
앞으로 후속 연구들을 통해서 인체 질병 마이크로바이옴의 실체를 더욱 선명하게 밝히게 될 것이며, 마이크로바이옴 기반의 비침습적인 질병 바이오마커 개발이 가속화될 것으로 예상한다. 예를 들어, 대장암이나 췌장암 등을 분변 검사만으로도 조기 진단이 가능하고, 예후를 예측할 수 있는 시기가 올 것으로 예상한다. 뿐만 아니라 정밀 영양 예측 모델 개발 (Precision nutrition) 또는 맞춤형 프로바이오틱스 (Personalized probiotics) 개발을 통해서 데이터 기반의 개인 맞춤형 마이크로바이옴 치료제 개발 역시 가속화 될 것이다.
논문출처: Genome Research 34(6):967-978 (2024) https://doi.org/10.1101/gr.278637.123
저자: Sunjae Lee, Theo Portlock, Emmanuelle Le Chatelier, Fernando Garcia-Guevara, Frederick Clasen, Florian Plaza Oñate, Nicolas Pons, Neelu Begum, Azadeh Harzandi, Ceri Proffitt, Dorines Rosario, Stefania Vaga, Junseok Park, Kalle von Feilitzen, Fredric Johansson, Cheng Zhang, Lindsey A Edwards, Vincent Lombard, Franck Gauthier, Claire J Steves, David Gomez-Cabrero, Bernard Henrissat, Doheon Lee, Lars Engstrand, Debbie L Shawcross, Gordon Proctor, Mathieu Almeida, Jens Nielsen, Adil Mardinoglu, David L Moyes, Stanislav Dusko Ehrlich, Mathias Uhlen, and Saeed Shoaie
그림. 인체 질병 마이크로바이옴 지도(Human Gut Microbiome Atlas)
(출처: https://www.microbiomeatlas.org/).
