장내 미생물과 인간, 함께 진화 여정을 이어가다[2022]

by 비올라 브란트Viola Brand, 막스 플랑크 생물학 연구소 튀빙겐Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen

"이주migration." 장내 미생물은 인간 숙주와 함께 전 세계로 퍼져 나갔다. 사진 제공: 막스 플랑크 생물학 연구소

(2022년 9월 16일) 인간의 장내 미생물군gut microbiome은 수천 종 박테리아와 고세균bacteria and archaea으로 구성되며, 그 종류는 인구 집단과 개인에 따라 매우 다양하다.

막스 플랑크 생물학 연구소Max Planck Institute for Biology (튀빙겐) 과학자들은 인간 숙주와 평행한 진화 역사를 공유하는 장내 미생물을 발견했다.

이 미생물들은 수십만 년에 걸쳐 인간의 장내 환경에서 함께 진화했다.

또한, 일부 미생물은 숙주host에 의존하는 유전적 및 기능적 특징을 나타낸다.

이번 연구 결과는 아프리카, 아시아, 유럽 1,225명을 대상으로 한 데이터를 바탕으로 사이언스에 발표되었다.

인간의 장에는 전 세계 인구에서 공통적으로 발견되는 다양한 미생물 종이 존재한다.

그러나 같은 미생물 종 내에서도 개인과 집단에 따라 미생물 균주는 현저하게 다르다.

인간 건강에 매우 중요한 역할을 함에도 이러한 균주의 기원에 대해서는 지금까지 알려진 바가 거의 없었다.

더욱이, 대부분의 균주는 인간의 장에만 서식한다. 이는 인간 장내 미생물의 기원에 대한 의문을 제기한다.

미생물과 인간의 역사를 연결하다

연구팀은 특정 종과 균주가 인류가 다양화하면서 전 세계로 퍼져나가는 과정에서 함께 존재했을 것이라는 가설을 세웠다.

미생물이 인간 숙주와 동시에 진화하고 다양화하는지 확인하기 위해, 막스 플랑크 생물학 연구소, 열대 의학 연구소Institute for Tropical Medicine, 그리고 튀빙겐 대학교 CMFI 연구 클러스터 연구진은 인간과 장내 미생물 진화 역사를 체계적으로 비교 분석했다.

이는 이번 연구에서 처음 시도된 것이다.

연구진은 1,225명 연구 참가자와 그들의 장내에서 발견된 59종 미생물에 대한 계통수를 만들고, 통계적 검정을 통해 이 계통수들이 얼마나 잘 일치하는지 조사했다.

조사 대상 종 60% 이상이 인간 숙주의 진화 역사와 일치하는 것으로 나타났는데, 이는 인류가 아프리카에서 대륙 곳곳으로 퍼져나가는 약 10만 년 동안 이 미생물들이 인간의 장내에서 함께 다양화했음을 의미한다.

"우리는 장내 미생물이 우리의 진화 역사를 이처럼 밀접하게 따라왔다는 사실을 알지 못했다"고 이번 연구가 진행된 막스 플랑크 생물학 연구소(튀빙겐) 미생물 과학 부서 책임자이자 CMFI 부대변인인 루스 레이Ruth Ley는 말했다.

장내 미생물은 숙주에 의존하게 되다

"우리의 역사를 가장 밀접하게 따라다닌 균주들이 이제 장내 환경에 가장 많이 의존한다는 점도 주목할 만하다"고 레이는 덧붙인다.

실제로 인간과 함께 진화한 일부 미생물 균주는 인간의 장내 환경에 매우 의존적이다.

이들은 유전체 크기가 작고 산소 농도와 온도에 더 민감한데, 이러한 특성 때문에 인체 밖에서는 생존하기 어렵다.

반면, 인간의 역사와 연관성이 약한 미생물은 자유 생활을 하는 박테리아와 더 유사한 특성을 보인다. 

"일부 장내 미생물은 마치 인간 유전체 일부인 것처럼 행동한다"고 이번 연구 공동 저자 타이치 스즈키Taichi Suzuki는 리암 피츠스테븐스Liam Fitzstevens와 함께 설명한다.

"이러한 미생물들은 '자유 생활free-living'에서 인체 환경에 의존하는 단계에 이르는 연속적인 스펙트럼 상에 있다고 생각할 수 있습니다. 우리는 일부 인간 장내 박테리아가 이전에 생각한 것보다 훨씬 더 숙주에 대한 비가역적 의존성irreversible host dependence을 향해 나아가고 있음을 발견했습니다."   

레이는 "이번 연구 결과는 인간 장내 미생물군에 대한 우리의 관점을 근본적으로 바꾼다"고 말한다.

인구 집단별 맞춤형 미생물군 기반 치료법 개발

연구진은 전 세계 인구의 다양성을 반영하기 위해 유럽, 아시아, 아프리카 지역 1,225명 장내 미생물과 유전체 정보를 분석했다.

대변 및 타액 샘플은 튀빙겐 대학교 열대 의학 연구소와 베트남 및 가봉 협력 연구진 도움으로 수집했다.

또한, 카메룬, 한국, 영국 등 전 세계 연구진은 참여자들의 유사한 데이터 세트를 제공하여 본 연구를 지원했다. 

이번 연구 결과는 특정 인구 집단에 오랫동안 존재한 미생물에 대한 이해를 높이는 데 기여한다.

이러한 지식을 바탕으로 미생물군 기반 질병 치료법을 인구 집단별 특성에 맞게 조정하고 개선할 수 있을 것이다.
 
Publication details
Taichi A. Suzuki et al, Codiversification of gut microbiota with humans, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abm7759

Andrew H. Moeller, Loyal gut microbes, Science (2022). DOI: 10.1126/science.ade2879

Journal information: Science 
Provided by Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen
 
장내 세균, 유전자 분석 통해 인류 대륙 횡단 이주와 밀접한 것으로 드러나
https://historylibrary.net/entry/Gut-bacteria-human-migrations

장내 세균, 유전자 분석 통해 인류 대륙 횡단 이주와 밀접한 것으로 드러나