고려대, 최초로 장내 유익 세균과 대사 질환 간의 연결고리를 찾다.

- 항생제 사용으로 장내 핵심 유익균에 돌연변이 발생 … 대사질환의 주요 원인으로 밝혀져  

△ 항생제가 숙주(인간)의 비만 및 대사 질환에 대한 취약성을 증가시키는 기전. 항생제에 노출된 장내 핵심 유익균 Akkermansia는 베타락타메이스 유전자의 프로모터 또는 퓨린 생합성 경로 관련 유전자에 돌연변이를 획득하여 항생제 내성을 얻게 된다. 그러나 이러한 돌연변이를 획득한 변이주는 숙주 보호 기능이 손상되어, 숙주를 비만 및 대사 질환으로부터 효과적으로 보호하지 못하게 된다.

고려대학교 (총장 김동원) 바이오시스템의과학부 김희남 교수 연구팀이 장내 세균 손상으로 인해 대사 질환 발생이 증가하는 기전을 세계 최초로 규명했다. 

이 연구 결과는 BioMed Central이 발행하는 의과학 분야 국제학술지 ‘Microbiome’ 에 지난 7일 게재됐다. 

*논문명: Antibiotic-associated changes in Akkermansia muciniphila alter its effects on host metabolic health. microbiome. 

*DOI: https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-02023-4

*YOUTUBE: https://youtu.be/FsxbNMKuXO4

손상된 장내 세균(마이크로바이옴)은 현대사회의 증가하는 비만, 대사 질환과 같은 만성질환의 주요 원인으로 꼽힌다. 인체의 장내 세균은 항생제로 인해 수세대를 거쳐 손상을 입어왔다. 다만 항생제가 장내 세균에 구체적으로 어떤 손상을 남기는지, 그 결과 만성질환이 어떻게 발현하는지에 대한 메커니즘은 불분명했다. 

연구팀은 장내 핵심 유익균인 아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila)가 항생제에 노출되면 생존을 위해 돌연변이를 얻을 수 있으며, 이때 항생제 내성이 생겨 생존하더라도, 숙주에게 제공하던 본연의 유익한 기능이 상실됨을 발견했다. 실험 쥐를 대상으로 한 이 연구에서 돌연변이를 획득한 균을 주입한 쥐가 야생형 균을 주입한 쥐에 비해 대사질환에 훨씬 더 취약하다는 결과를 얻었다. 이는 항생제가 장내 핵심 세균의 유익한 기능을 저해하여 숙주의 건강에 악영향을 미치는 기전이 최초로 밝혀진 것이다.

*아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila): 장 점막층에 서식하는 균주로, 장 건강 유지 기능과 함께 대사질환을 포함한 당뇨, 염증성 질환 및 암 개선에 도움을 준다. 

더 나아가 연구팀은 변이된 아커만시아 균주가 미국, 유럽, 동아시아(한국, 일본, 중국)를 포함한 전 세계에 널리 퍼져 있음을 확인했으며, 이는 아커만시아 변이주가 만성질환의 세계적인 유행에 영향을 끼쳤을 가능성을 보여준다.

연구를 주도한 김희남 교수는 “우리는 모두 자신의 간, 신장을 관리하듯이 장내 세균에도 관심을 가져야 한다”라며, “이 연구를 활용해 만성질환의 발병 위험성을 줄이기 위한 조치가 필요하며, 이미 만성질환을 앓고 있는 경우에도, 아커만시아의 돌연변이를 제거하는 치료법이 가까운 미래에 개발되어 적용된다면 효과적인 관리와 치료가 가능해질 것” 라 말했다. 

본 연구는 한국연구재단의 바이오의료기술개발사업 지원을 받아 수행됐다. 

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[그림 1] 설명: (왼쪽부터) 고려대 김희남 교수(교신저자), 한유민 박사과정생(제1저자)

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[그림 2] 설명: Akkermansia 변이주를 활용한 비만 및 대사 질환의 진단 및 치료 개념도. 항생제에 노출된 장내 핵심 유익 세균 Akkermansia는 특정 유전자에 돌연변이를 획득하며 숙주의 질병 억제 기능을 상실한다. 이러한 돌연변이의 특징을 바이오마커로 개발함으로써, 비만 및 대사 질환에 대한 취약성을 진단하고 치료에 효과적으로 활용할 수 있다.