마이크로바이옴 건강과 노화의 비밀

- 미생물들은 우리가 태어난 후 유아기 몇 년과 임종에 가까운 몇 년과 같은 인생의 양쪽 끝에서 특히 중요하다. 미생물과의 동행은 아기가 산도 를 통과할 때 세균을 입안 가득 삼키므로 태어날 때부터 시작된다. 그러 고 나서 모유를 먹거나 피부접촉을 통해 어머니로부터 정기적으로 미생 물을 공급받게 된다. 이런 미생물들이 적정규모로 서식하게 되면 미생물 들은 순식간에 우리 몸의 면역계가 구축되어 작동하도록 하고 뇌의 발달 도 촉발시켜 평생의 동반자관계가 시작된다. 이런 과정을 거쳐 미생물군 집은 2~3세경에 완전히 형성되고, 성인이 될 무렵에는 우리 장 안에 500 종이 넘는 미생물군집이 서식하게 된다.
미생물들은 소화관에서 음식물의 분해를 도와주고 에너지와 영양분을 공급한다. 또한 우리 몸의 면역 시스템이 계속 작동하도록 하고 우리 몸을 끊임없이 침입하는 병원균으로부터 보호해주기도 한다. 그러나 나이가 들어가면서 미생물의 역할도 변화한다. 70세 이상이 되면 젊었을 때 와는 확연히 다른 미생물군집이 형성된다. 이렇게 미생물의 조성이 바뀌 면 노인들에게 해로운 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 나중에 다시 언급 하겠지만, 노화과정은 염증성 미생물 수를 증가시키고 유익한 미생물들 을 감소시켜 면역 시스템을 약화시킨다. 이런 현상은 총체적으로 몸 전반 에 걸쳐 약한저등급 염증반응을 증가시켜 조직의 손상을 일으키는 염증성 노화과정을 유발한다. 이런 변화로 인해 몸은 질병에 훨씬 더 취약해지 고 건강도 약화된다. 이와 같은 신체의 전반적인 노화과정에 미생물이 핵 심역할을 한다는 것이 최근의 과학계가 이룬 놀라운 발견이고, 그에 따라 늙어가면서 미생물을 유지하고 강화시킬 필요성이 절실히 대두되었다.
- 지금의 우리 사회를 한번 둘러보면 전염병이 주 사망원인이었던 100 년 전과는 완전히 다른 질병 양상을 나타낸다. 비만, 당뇨병, 염증성 대장 질환, 알레르기, 천식 등으로, 이 병들의 발병원인에 우리가 치른 미생물 과의 전쟁으로 인한 후유증이 일조하고 있는 것으로 생각된다. 즉 항생제 들이 '해로운' 미생물만 제거한 것이 아니라 '유익한 미생물도 같이 없애 버린 것이다. 그 결과 항생제들이 설사와 배탈을 일으키고, 비뇨기 감염 증도 야기한다. 이런 강력한 항생제들은 병원성 미생물을 없애기도 하지만 우리 몸을 보호해주는 유익한 미생물들도 같이 제거해 우리 몸의 방어 력을 약화시킨다. 이런 현상을 "과도한 위생의 부작용Hygiene Hangover 이라고 하며 지난 1세기 동안 항미생물 예방조치에 경도된 결과, 지금 시 기에 나타난 골치 아픈 대가로 보인다. 여기에 더해 지금의 지나치게 살 균소독된 세상은 우리가 접해야하는 미생물의 전체 숫자도 눈에 띄게 감 소시키고 있다. 점점 더 많은 사람들이 소독되고 외부와 차단된 항온 항 습의 건물 안에서 생활함으로써 우리 몸과 주위에 있는 미생물의 종류가 줄어들고 있다. 그 결과 풍부하고 다양한 미생물과 더불어 작동하도록 설 계된 우리 몸의 기능들이 위태로워져 각 개인의 건강은 고사하고 인간의 생존에 필요한 핵심적인 기능까지도 위험에 빠지게 되었다.
인간은 이 보이지 않는 동반자들과 함께 수백만 년 이상 진화해왔는데, 최근 2~3세대 사이의 짧은 기간에 많은 미생물들이 사라져 우리와 결별 하게 된 지금은 매우 우려스러운 상황이 아닐 수 없다.
- 오랫동안 사회적인 통념에 따라 피부에 반점을 생기게 하거나 피부 노화와 피부병을 일으키는 '나쁜' 세균들을 항균제를 사용해 깨끗이 물리치고자 했다. 그러나 이렇게 없애려고 하는 세균들에 비해 항균제의 독성 이 높은 경우 오히려 전반적인 피부 건강에 훨씬 해가 된다는 사실이 최 근 연구결과에 의해 밝혀졌다. 그뿐만 아니라 이제는 미생물들이 피부건강에 없어서는 안 되고 대부분이 유익한 역할을 담당하고 있음을 알게 되었다. 피부의 주름과 건조함, 자외선 손상 등을 감소시키며 병원균의 감염과 여드름을 방지하고 몸의 체취암내도 줄여주는 것이다. 또한 미생물들은 우리 몸의 면역계를 개선하고 단련시킬 뿐만 아니라 피부병을 일으키는 병원균을 제압해 피부를 건강하고 견고하게 지켜주는 역할을 한다. 이런 현상을 전문적인 용어로는 '경쟁적 배제competitive exclusion'라 해서 피부에 정상적인 미생물들이 지배적으로 서식하게 되면 병원균이 늘어나는 데 필요한 영양분과 공간을 얻지 못해 결과적으로 병원균들의 감염 을 막게 된다. 달리 말하면 성인이 되어 피부에 손상이 있다 하더라도 이 런 유익한 미생물들을 활용해 피부에 다시 젊음을 제공할 수 있다는 것이 다. 그래서 미생물들이 어떤 작용을 하는지를 알게 되면 몸 안팎의 노화 과정을 적절히 막는 새로운 도구로 활용할 수 있을 것이다.
- 유성피부가 중년 이후에 문제가 되는 반면, 그 반대 피부도 역시 문제가 된다. 피지의 생산이 감소되면 병균을 방어할 수 있는 피부의 윤활유가 필요하게 된다. 우리는 나이가 들면서 피지샘의 피지생산이 감소된 다. 남성은 80세가 되어도 크게 감소하지 않지만, 여성은 30세 이후 점차 감소가 진행된다. 그렇게 되면 피부는 건조해지고 갈라지는데 특히 무릎 과 팔꿈치 부분에 심하게 일어난다. 이런 피부건조증은 미생물군집의 붕 괴dysbiosis에 의해 더 악화되고 피부를 더 손상시킨다. 미생물군집의 붕 괴는 과학적 용어로서 미생물의 다양성이 감소되어 일어나는 미생물군 집의 불균형을 의미한다. 피부건조증을 막고 정상 미생물들을 보호하는 방법 중 손쉽게 할 수 있는 것은 목욕을 자주하지 않고, 높은 온도의 물을 쓰지 않는 것이다. 뜨거운 물로 너무 자주 목욕을 하면 피부에서 습윤성 의 지질과 기름성분을 없애게 되고, 유익한 미생물들과 그들이 가진 병균 에 대한 방어기능이 파괴된다. 이런 유익균 중 유산균의 일종인 락토바실러스 플란타럼 Lactobacillus plantarum균을 함유한 프로바이오틱스 제제가 건조한 피부를 촉촉하게 하고 양분을 공급한다. 자세한 내용은 뒤에 자세히 알아볼 것이다.
- 피부를 타깃으로 한 특정 프로바이오틱스들이 외모를 개선시킬 수 있다는 보고도 있다. 41세에서 59세에 걸친 110명의 지원자로 구성된 또 다른 실험으로 무작위 이중맹검법randomized double blind과 위약군 을 대상으로 프로바이오틱스인 100억 마리의 락토바실러스 플란타럼 Lactobacillus plantarum균을 12주 동안 매일 섭취하도록 한 연구가 있다. 그 결과 얼굴과 손부위 피부의 수분함량이 크게 증가해 주름이 줄어들고 더 건강해 보이는 개선효과를 나타냈다. 이 실험에 의해 프로바이오틱스가 피부주름의 깊이를 크게 줄이고 피부를 윤택하게 하며 탄력과 상피조직 을 두껍게 한다는 사실을 알게 되었다. 이런 이점으로 인해 이 프로바이 오틱스를 개발한 연구자들은 이를 '영양화장품nutricosmetic agent'이라고 이름 붙였다. 지금은 락토바실러스 플란타럼이 프로바이오틱스 제품 으로 널리 상품화되어 있고, 이 균은 양배추를 발효시킨 사워크라우트나 김치, 피클, 소금물에 절인 올리브, 그리고 시큼한 맛이 나는 사워도우sour dough 빵과 같은 발효식품에도 많이 함유되어 있다.
향후 대부분의 주름과 자외선 손상에 의한 피부노화에 대해 미생물이 근본적인 치료법으로 부각될 것이다. 54명을 대상으로 한 이중맹검 연구 결과, 특정 프로바이오틱스인 락토바실러스 존소니 Lactobacillus jobnsonii 을 8주 동안 투여한 그룹에서 일광화상이 감소한다는 사실을 발견했다. 연구한 방법이 재미있는데, 엉덩이 한쪽은 빛을 쪼이고 다른 한쪽은 쪼이 지 않은 대조군으로 사용했다. 몇 번 반복된 테스트 결과 프로바이오틱스 가 일광화상을 일으키는 염증을 감소시킨다는 사실이 규명되어, 경구용 프로바이오틱스가 염증과 자외선에 의한 피부손상을 줄여서 일광화상을 최소화시킨다는 결론을 얻게 되었다. 프로바이오틱스가 일광화상을 방 지하고 피부재생을 촉진시키는 쪽으로 피부의 면역계를 변화시킨다는 것이 추후 밝혀졌다.
- 장뇌축
장의 기능은 뇌를 통해 조절되지만, 두 장기간의 정보교환은 서로 주 고받는 관계로서 이를 장뇌 축이라고 한다. 장뇌 축은 미주신경을 통 해 이루어진다. 미주신경은 뇌에서 나와서 장신경들을 휘감아 뇌에서 나 온 신호를 장신경또는 창자신경에 연결해 전달한다. 장의 뉴런 숫자는 뇌다 음으로 많아서 이 두 기관이 강력한 정보교환의 허브추를 이루고 있다. 이런 상황에서 장미생물들이 뇌에 어떻게 영향을 미칠까? 최근 연구결 과에 의하면, 미생물들은 3가지 경로로 뇌와 "대화를 한다고 알려졌다. 첫 번째 경로는 주경로로서 장뇌 축을 이루는 미주신경을 통해 이루어 진다. 장신경이 직접적으로 미주신경에 연결되거나 장의 신호정보 생성에 미생물들이 직접 강한 영향력을 발휘함으로써 뇌와 정보교환을 하는 데 관여하게 된다. 두 번째 경로는 미생물들이 신경전달물질이나 호르몬 과 같은 화학물질을 생성해 미주신경 외의 다른 신경 네트워크를 통해 뇌 에 정보를 전달하는 것이다. 그리고 세 번째 경로는 몸 전체에 걸쳐 신경 계와 직접 접촉하고 있는 면역계를 통해 이루어진다. 
- 시간이 경과하면서 축적된 지식과 경험은 결정성 지능(crystallized intelligence)으로 나이가 들어도 그대로 남아 있다. 그러나 논리적 으로 생각하는 능력과, 경험과 학습에서 벗어난 새로운 상황에서 문제를 해결하는 능력인 유동성 지능(fluid intelligence)은 나이가 들면 감소하는 경향이 있다.
- 알츠하이머병에 미생물이 관여되어 있다는 가장 강력한 증거는 전통적인 생쥐모델을 이용한 실험에서 얻어졌다. 이 실험에서 알츠하이머 생 쥐는 정상 생쥐와는 확연히 다른 미생물군집을 가지고 있고, 이 알츠하이 머 생쥐에게 미생물을 제거시키면 병변이 70% 이상 감소되고 뇌 염증도 훨씬 줄어드는 놀라운 결과를 얻었다. 뿐만 아니라 미생물이 제거된 생쥐에 알츠하이머 생쥐의 대변을 주입하면 정상생쥐의 대변보다 알츠하이 머 증세가 크게 증가를 해 미생물과의 관련성이 강하게 제시되었다. 특정 미생물의 감염이 알츠하이머병의 발병률을 증가시킨다는 가설이 있으나 아직 증명이 되지 않아 후속 연구가 필요하다. 관련된 미생물로는 단순포진바이러스Herpes simplex virus-1; HSV-1와 폐렴과 눈에 감염을 일으키는 폐렴클라미디아Cblamydia pneumoniae, 라임병Lyme disease, 진드기가 옮기 는 세균에 의한 전염병과 관련된 보렐리아Borrelia 등과 같은 세균이 포함된다. 이런 미생물과 알츠하이머병과의 관계가 아직 정확히 밝혀지지는 않았 지만 유전적으로 알츠하이머병에 취약한 사람들이 미생물에 훨씬 쉽게 감염이 된다는 사실이 연관성을 암시한다. 이 사실로부터 미생물 감염에 의해 뇌에 염증이 증가하고 이것이 다시 아밀로이드 생성과 플라크형성을 유도해 알츠하이머병을 촉발시킬 것이라는 가설도 가능하다.
- 노화와 노화에 관련된 질환을 조사해 보면 공통적으로 만성 염증이 증 가되어 있으므로 이를 염증성 노화inflammaging라고 할 수 있다. 이 만성 염증을 일으키는 핵심물질은 LPS 리포다당류로서 여러 종의 세균의 표면 에 존재한다. 알츠하이머병과 마찬가지로 파킨슨병에서도 장의 투과성 이 증가되어 있어서 미생물의 생성물들이 장밖으로 빠져나와 다른 부위 로 이동이 되어 장 내부뿐만 아니라 몸의 다른 부위에도 염증을 일으킨 다. 뇌에서 증세가 나타나기 전 이런 염증이 수년간 지속이 되면서 알파 신뉴클레인 단백질의 잘못접힘misfolding 현상이 미주신경을 포함한 장 신경계를 거쳐 뇌까지 일어날 가능성이 있다.
이러한 염증의 진행이 일어나는 초기요인은 무엇일까? 그것은 바로 대 장미생물인 것으로 알려져 있다. 그동안 여러 연구에 의해 파킨슨환자의 장미생물 중 염증성 LPS를 생성하는 균은 증가를 하고 염증을 약화시키 는균 종류는 감소되어 결과적으로 염증이 증가하고 이 증가된 염증이 파 킨슨병과 관련이 있는 것으로 알려졌다.
- 파킨슨병의 발병을 감소시키는 두 가지 놀랄 만한 요인이 있다. 한가 지는 흡연으로서 36~50%의 감소효과가 있다. 또 다른 한 가지는 규칙적 인 커피 음용인데 발병률을 약 1/3 감소시킨다. 커피가 이런 감소효과를 어떻게 나타내는지에 대해서는 여러 가설이 있지만 증명된 것은 없고 가 설 중 한 가지는 장과의 관련성이다. 아침에 모닝커피를 마시는 사람은 잘 알겠지만 커피는 마신 후 4분 내로 장의 운동을 촉진시킨다. 그러므로 커피를 규칙적으로 마시면 파킨슨병과 연관된 변비를 줄일 가능성이 높 다. 그리고 커피에는 항산화제가 포함되어 있어서 염증을 줄이게 되어 알 파신뉴클레인의 잘못접힘 구조를 방지할 가능성도 있다.
- 장 미생물이 우울증에 관여한다는 가장 확실한 증거는 항생제를 사용한 연구에 의해 얻어졌다. 이 항생제가 인체 미생물군집에 미치는 영향에 대해서는 나중에 자세하게 다루도록 한다.
영국에서 실시한 대규모 집단연구로서 우울증환자 20만 명을 대상으 로 항생제 사용에 대한 후향성 연구retrospective study가 대표적이다. 한 종류 항생제를 한 차례 이상 투여받은 환자들을 1년 동안 추적 조사한 결 과, 7종류의 항생제가 우울증을 증가시키는 양상을 나타냈고 그 중 페니 실린을 다섯 차례 이상 투여한 집단에서 우울증이 50% 증가했다. 그 외 항생제는 불안감도 증가시켰다. 이 연구에서 우울증은 항바이러스 약물 과는 관련이 없었고, 항진균제는 여러 차례가 아닌 한 차례 투여한 소규모 집단에서만 우울증과의 관련성을 나타냈다. 이 결과에 의해 우울증에 세균이 관여되고 바이러스나 진균은 아닌 것으로 예상된다. 이 연구를 시 행한 시기는 항생제가 여러 측면에서 해로울 수 있다는 사실이 막 제기되 던 때였다. 그러므로 항생제 과다사용은 신체적인 건강뿐만 아니라 우울 증이나 불안감, 스트레스 같은 정신건강에도 영향을 미칠 수 있는 것으로 확대되었다. 만성 스트레스는 불면증에서 체중 증가와 심장질환의 증가, 그리고 면역과 소화기능의 장애에 이르기까지 여러 종류의 부정적인 건 강문제를 일으킨다. 스트레스는 장 투과성도 증가시킨다. 이 사실은 실 험대상자에게 대중 앞에서 연설하게 하거나 찬물을 끼얹어 스트레스를 일으켜서 얻은 연구결과이다. 또한 73명의 노르웨이 군인을 대상으로 한 연구에서 배급량을 엄격하게 통제하고 45kg의 배낭을 메고 4일간에 걸 쳐 51km의 크로스컨트리 스키를 타서 스트레스가 크게 증가되었을 때 장 투과성과 염증이 증가되고 장의 미생물조성에도 현격한 변화를 나타 냈다. 이는 스트레스와 장미생물의 관련성을 입증하는 결과이다.
- 미생물군집은 혈관의 건강에 지대한 영향을 미쳐 심혈관질환 발생 에 관여를 하며 더 나아가 뇌졸중에도 연관이 있다. 붉은 고기를 먹으 면 거기에 들어 있는 미생물들에 의해 고기 성분 중 일부가 트리메틸아 민trimethylamine; TMA 이라는 특정 화합물로 전환되므로 이 화합물을 같이 섭취하게 되고, 이 화합물은 간에서 트리메틸아민 N-옥사이드 trimethylamine N-oxide; TMAO와 같은 여러 유도체로 다시 전환이 된다. 이런 유도체들이 혈관 내에 플라크의 축적을 일으켜서 심혈관질환의 원 인이 된다. 붉은 고기를 먹지 않으면 그 고기에 함유된 미생물도 없는 셈 이므로 이런 유도체들이 만들어지지 않게 되어 심혈관질환과 뇌졸중의 발생률을 크게 감소시킨다. 그러므로 붉은 고기의 섭취는 발병요인이 되 는 화합물을 합성하는 미생물을 다수 먹는 것과 같은 의미이다. 이런 개 념에서 TMAO의 수치와 TMA 생성 미생물의 수가 뇌졸중 위험지표로 사용할 수 있다.
- 과학자와 치과의사들이 파악한 바에 의하면 일반적으로 수백 종의 구 강 미생물종들이 종별로 집단적으로 모여 있지 않고 다른 종들과 섞여서 살고 있다(마치 대도시가 수많은 다양한 사람과 건물들로 북적대는 것과 같다). 이런 복잡한 구강 미생물공동체는 성인 시기에는 상당히 안정하 게 유지되지만 노인이 되면 큰 변화가 일어나게 된다. 노인구강환자들에 는 구강 미생물공동체가 축소되면서 병원균들이 침입해 이들이 집락을 이루고 번창하게 된다. 이런 현상은 치아와 잇몸뿐만 아니라 우리 몸전 체에서도 일어난다.
입은 평생 살아가는 동안 전체적인 건강의 척도를 나타내고 소화관음 식이 통과하는 입과 항문 사이의 위장관과 면역계, 그리고 외부환경과의 첫 번째 핵심 접촉부위이다. 위장관을 강으로 상상해보면 입은 강의 발원지로서 이곳으로부터 강물이 흘러 아래로 내려간다. 사실상 여러 기관 또는 몸전체가 관여된 모든 시스템적인 질환 중 많은 경우가 구강에 병의 신호나 증세를 드러내 보인다.
구강위생과 관련해 구강 미생물군집과 치매가 연결된다는 놀랄 만한 연구결과가 있다. 대규모 쌍둥이 집단을 대상으로 한 연구에서 쌍둥이 중 한쪽에 35세 이전에 치아가 빠진 그룹이 치매 발생률이 높게 나타났다. 가장 놀라운 통계는 칫솔질을 하지 않은 그룹이 매일 세 번씩 칫솔질한 그룹보다 치매위험률이 22~65%나 증가했다는 사실이다
꼼꼼하게 칫솔질하는 것이 치매에 어떻게 영향을 미칠 수 있을까? 사람 이 늙어가면서 “타액의 분비가 줄어드는데 타액에는 항균작용이 있을 뿐 만 아니라 타액이 성가신 구강 미생물들을 씻어버리거나 삼킬 수 있는데 타액이 줄어들면 입안에 저강도의 염증이 증가될 수 있다. 이와 연관되 어 아마 입안 미생물의 숫자도 증가하고 미생물이 생성하는 염증성물질도 그에 따라 증가해 염증성 물질이 혈액 속으로 스며들어 온몸을 순환하 면서 또 다른 염증을 유발시킬 수 있다. 구강 미생물에 대한 항체가 혈액 속에 증가하면 간접적이긴 하지만 구강 미생물이 체내로 침투했고 이를 면역 시스템이 인지를 한 것으로 해석이 되고, 이 현상은 알츠하이머병의 위험을 직접적으로 증가시키는 요인이 된다.
궁극적으로 구강의 건강은 단지 매력적인 미소보다 훨씬 더 중요성을 가진다. 왜냐하면 입은 몸 전체의 상황을 반영하고, 건강에 관한 문제를 판별하고 방어할 수 있는 핵심적인 위치와 여건에 놓여있기 때문이다.
- 장-뇌축과 매우 유사하게 주로 면역 시스템을 통해 장폐축The Gut-Lung Axis 이 이루어진 것으로 보인다. 저자인 브렛Brett 박사의 연구결과에 의하면 어린 시절에 형성된 장 미생물군집이 나중에 천식 발생에 큰 영향을 미친다고 알려 졌다. 이 결과는 다른 연구들에 의해서도 확인이 되었다. 어린 시절의 장 미생물 이 면역 시스템의 발달에 영향을 미쳐 성장하면서 천식의 발생에 관여하는 것으 로 보인다. 이렇게 어린 시절의 장 미생물이 면역 시스템을 통해 폐에 영향을 미 친다. 그리고 락토바실러스lactobacilli 같은 구강 프로바이오틱스가 장폐축에 의 해 폐의 염증을 조절한다는 보고도 있다. 구체적인 예로서 락토바실러스 루테리 Lactobacilli reuteri와 락토바실러스 플란타럼Lactobacillus plantarum균들이 알레르기성 기도염증을 감소시키고 락토바실러스 카제이 Lactobacillus caser는 생쥐에서 세균 및 바이러스에 의한 폐렴에 효과적이라고 알려져 있다.
- 폐렴은 세균과 바이러스 또는 곰팡이 등에 의해 일어나는 흔한 폐감염 증으로, 가장 흔한 것은 세균인 폐렴균또는 폐렴구균s. pneumoniae에 의한 것 이다. 이 세균은 구강의 정상 상주균이지만 폐가 약화되면 기회성병원균 으로 작용해 폐렴을 일으킨다. 이 균이 상기도의 방어선을 뚫고 들어가서 하기도에 정착을 하면 하기도에 심각한 손상과 염증을 발생시킨다. 이 염 증에 의해 점액과 세포 잔해 성분이 축적이 되어 폐의 한쪽 또는 양쪽 모 두에 폐렴을 일으킨다.
폐렴의 증세는 약한 것에서부터 심각한 것까지 다양한 양상을 보인다. 감염이 초기에 발견되어 확산이 되지 않거나 다른 질병이 없는 건강한 면역 시스템을 가진 젊은 사람에게는 신속하게 회복이 된다. 대부분의 건강 한사람들은 1~3주 사이에 회복하지만, 유아나 소아, 그리고 노인과 만성 적인 건강문제를 가진 사람들에게는 생명의 위협이 된다. 폐렴은 다른 어 떤 감염병보다 사망률이 높아 세계적으로 매년 350만 명이 사망을 한다. 이 사망률이 노인에게는 급격히 상승해 전인구의 사망률이 5~10%인 데 비해 85세 이상의 노인인 경우는 44%를 상회한다. 따라서 이 병은 이미 약해지고 부서지기 쉬운 노인에게 임종에 따른 고통을 덜어주었으므로 역사적으로 “죽음의 천사라고 불렸다. 
- 매운 음식 애호가들이여, 그대로 즐기십시오! 위궤양의 원인은 대부분 헬리코박터 파일로리균이고 아스피린이나 이부프로펜 같은 항염증약도 속쓰림을 유발한다. 매운 음식이 특정인에게 증세를 악 화시킬 수 있지만 그야말로 위에 구멍을 낼 정도로 심한 것은 아니 다. 위궤양은 위에 생기는 염증에 의해 일어나는 것으로 그 기전은 위산이 위점액의 방어막을 뚫고 안으로 스며들어 상처가 생기고 그 상처 부위가 확대되면서 위 조직에 손상이 생겨 발생한다.
- 대부분의 임상의사들은 위궤양 환자가 헬리코박터균을 보유하고 있으 면이 균을 박멸해야 한다는 구태의연한 사고방식으로 치료를 하고 있다. 이 블래저 박사의 가설이 지난 20년간 헬리코박터균의 박멸에 치중한 현 실에 큰 변화를 일으켰다. 다시 말하면 헬리코박터균과 위궤양에 관련되 어 인식이 변화되는 새로운 물결이 일어나고 있다. 블래저 박사는 이에 대해 다음과 같이 이야기 했다. "헬리코박터균이 가지고 있는 질병 예방 가능성에 대해 미생물학자들에게 설명하면 그들은 '아, 그렇네요. 충분 히 이해가 됩니다.'라고 응답합니다. 이에 비해 임상분야의 의사들은 계 속 헬리코박터균을 찾아내어 없애려고 합니다. 환자의 증세가 조금이라도 헬리코박터균과 위장관 문제와 연관이 되면, 의사들은 이 균을 어떻게든 제거하려고 하지요. 이것은 아주 한정된 지식에 기반해 엄청나게 확대 적용을 하고 있는 셈입니다." 그는 이 헬리코박터균을 탄광 속에 있는 카 나리아에 비유해 이 균이 사라지면 이 균이 가지고 있던 질병예방 기능과 유용성도 상실되므로 그에 따른 부정적인 결과를 우리는 감수해야 할 것 이라고 강조했다.
- 헬리코박터균은 전 세계 인구의 반 이상이 감염되어 있어서 이 지구에서 가장 흔한 사람병원균이다. 이 균은 지난 6만 년에서 10만 년에 걸쳐 인간과 같이 공진화(142쪽의 외치 아이스맨 참조했고 유아기에 감염되는 데 주로 어머니에게서 전달이 된다. 이 균의 모양은 코르크 마개뽑이처 럼 생긴 나선형이고, 편모라는 특수한 꼬리를 가지고 있어 생존이 가능한 pH6~7 정도인 위의 점액층 아래로 깊게 파고 들어갈 수 있다. 또한 헬리 코박터균은 요소를 생산해 위산을 중화시키는 기능도 가지고 있다. 게다 가 이 균은 주사기형태의 특수한 구조를 가지고 있어서 이를 통해 위조 직세포에 자신의 병독성 인자를 주입해 자신에게 적합하도록 성질을 바 꾸기도 한다. 이와 같이 헬리코박터균은 10만 년에 걸쳐 인간과 공진화 해위 내부에 자신의 거처를 마련해 공존하고 있다!
- 지금은 헬리코박터균을 보유한 10%의 사람들이 소화성궤양을 가지고 있다는 사실이 부각되어 이 균에 대해 아주 나쁜 인식을 주고 있다. 궤양 도 필연적인 결과가 아님에도, 이런 연결성이 존재하기 때문에 만성위궤 양과 이 균의 유전자 돌연변이가 위암을 일으킬 것이라고 우려한다. 그러 나 이 균의 보균자 중 1~2%만이 위암환자가 된다. 그럼에도 불구하고 헬 리코박터균은 전 세계적으로 세 번째로 흔한 암인 위암 중 80%의 경우에 서 발병원인으로 보고되어 헬리코박터균은 담배와 동등한 발암성을 가 진 A등급 발암물질로 분류된 유일한 미생물로서 특별함을 가진다. 위궤양과 위암 환자의 다수에서 헬리코박터균이 발견되었지만, 헬리코박터 보균자의 대다수는 위궤양과 위암 환자가 아니다. 사실상 위암발생의 큰 요인은 나이이다. 헬리코박터균이 인체 내에 잠복하는 기간이 길어질수 록 세균의 세포분열에 따른 돌연변이에 의해 암을 일으킬 확률이 높아진 다. 대부분의 위암은 60대 후반에서 80대에 걸쳐 진단받는다.
헬리코박터균이 이 모든 문제를 일으킨다면 인간이 지난 몇 년 사이에 이 균을 박멸하기 전에 왜 우리 몸에서 사라지지 않았을까? 이에 대해 블 래저 박사는 이 균이 있음으로서 많은 이점이 있는 대신 없어진다고 해서 얻을 수 있는 진화상 이득은 크지 않을 것이라고 조심스럽게 언급한다. 이에 대한 근거로서 역학 연구에 의하면 헬리코박터균이 천식, 비만, 알 레르기, 그리고 여러 종류의 감염증과 염증성 대장질환을 예방한다고 보고되었다.
- 세인의 미생물군집에는 젊은 사람들과 마찬가 지로 유익한 후벽균문과 의간균문의 세균들이 지배적으로 서식하고 있 다(이에 대해서는 이 장에서 다시 다루도록 한다). 준초백세인들은 7만 명 중에 한 명 꼴이어서 그 수가 매우 적으므로 데이터를 확보하기가 쉽지 않지 만 그 동안 모은 자료를 분석해보면 이들도 역시 여러 유익균아카시아 Akkermansia, 비피도박테리움 Bifidobacterium, 크리스텐세넬라시아에 Christensenellaceae 들이 증가되어 있다. 이런 결과에 의해 장 미생물군집은 나이에 따라 선 형적 변화를 보이지 않고 70세 이후는 '하향나선' 양상으로 좀 더 복잡한 궤적을 나타낸다고 추정이 된다. 지금은 많은 사람들이 65세 이후에도 건강하게 생존하므로 미생물군집의 변화가 65세 후에 일어나는 이유를 조사하거나 건강과 장수를 위해 늙기 전에 미생물을 잘 육성할 수 있는 방안을 연구할 수 있는 좋은 기회가 마련되고 있다.
- 어떤 과정을 통해 우리 몸의 장관에는 이처럼 많은 미생물들이 서식하 고 있는걸까? 사람이 태어날 때 첫 번째 이면서 일생 중 가장 훌륭한 생일 선물로서 어머니로부터 어머니의 질과 대변 속에 들어있는 많은 양의 미 생물을 선사받는다. 이것은 평생동안 나머지 생일의 소원 목록에 포함시 키고 싶진 않겠지만, 생애 처음 선사받은 이 미생물들은 각 개인의 장미 생물군집의 조성을 시작하고 아기 발육에 필요한 핵심기능을 제공해 영 유아기의 건강에 필수적인 선물이다.
- 장미생물군집의 또 다른 중요한 역할은 경쟁적 배제를 통해 병원균을 압도해 병원균의 서식을 막는 것이다. 브렛 박사를 비롯한 여러 연구실의 실험결과에 의하면 정상적인 미생물군집이 살모넬라Salmonella균과 병원 성 대장균의 감염을 방지하는 데 매우 유효하다. 그리고 동물실험에서 도감염에 강한 동물의 장 미생물로 가득 찬 대변을 감염에 취약한 동물에 주입하면 감염에 저항성이 생긴다고 한다. 미생물균종 중에는 살모넬라와 대장균이 일으키는 설사 같은 독성작용을 억제시키는 분자물질 도 생산해 이 병원균들의 병독성을 차단한다는 결과도 보고되었다. 아 마도 이런 미생물균종들은 설사에 의해 자신들이 대장 바깥으로 배출되 는 것을 막아서 스스로를 보호하게 될 것으로 보인다.
장건강에 핵심인 미생물의 다양성과 숫자를 유지하고 원활한 소화기 능에도 매우 중요한 역할을 하는 것이 장의 두꺼운 점액층이다. 이 점액 은장 내부에 미생물들이 서식할 수 있는 공간을 제공한다. 점액은 복잡 한당탄수화물이 단백질에 결합된 당단백질로써 장벽을 코팅하고 있다. 이 점액은 장세포와 미생물 사이의 장벽역할을 하면서 윤활유 기능도 가지 고 있다. 소장의 점액층은 대장보다 얇은데 아마도 소장의 미생물 수가 적기 때문인 것으로 생각된다. 이에 비해 대장의 점액층은 두 층으로 되 어있는데 안쪽 층은 아주 견고하게 대장 상피세포에 붙어있어 미생물의 침입을 막는 장벽역할을 하고, 바깥층은 느슨해 많은 미생물들을 품고 있 어서 미생물들의 보금자리 역할을 하고 있다.
- 일부 미생물은 점액을 분해할 수 있어서 이를 영양분으로 사용한다. 아커만시아 뮤시니필라Akkermansia muciniphila균은 이런 종류의 미생물 중하나로서 점액층이 얕아져서 생기는 장질환을 방지하는 유익한 기능을 가지고 있다. 이 세균이 점액을 분해해 먹어치우면 점액생성의 되먹임회로 가 작동해 점액 생성이 증가하면서 점액층이 두꺼워지고 장의 건강이 전 반적으로 좋아진다. 점액 장벽이 얇아지면 장의 투과성이 증가해 더 많은 미생물들이 장의 장벽을 통과할 수 있게 된다. 그렇게 되면 염증을 일으 키고 장 미생물군집의 붕괴를 야기해 장조직의 손상이 확대되면서 결국 에는 질병을 일으키게 된다. 이 장의 후반부에 언급된 바와 같이 여러 위 장관 질병들은 점액층이 얇아지는 것과 관련이 있다.
- 적포도주의 주요 유익성분은 폴리페놀으로서 강력한 항산화작용이 있어서 우 리 몸을 활성산소에 의한 손상으로부터 보호해준다. 폴리페놀 성분은 포도의 껍 질과 씨에 들어있어서 포도주의 주성분이 된다. 백포도주는 적포도주보다 폴리페놀 함량이 적다. 즉 폴리페놀이 백포도주 한 잔약 120ml에는 대략 60mg이 포함된 반면, 적포도주 한잔에는 210mg이 함유되어 있다.
폴리페놀은 장 미생물에도 유익한 효과를 나타내고 폴리페놀의 90~95%는 대 장에서 대사가 된다. 비만이나 당뇨병과 같은 대사질환을 가진 환자들이 매일 272ml의 적포도주를 30일간 마셨을 때 비피도박테리아와 락토바실러스 같은 유 익균들이 크게 증가를 하고 장의 투과성은 낮아지는 긍정적인 효과를 보였다. 또 한 부티레이트butyrate, 낙산를 생산하는 피칼리박테리움 프로스니치 Faecalibacterium prausnitxii균은 증가를 하고 염증을 유발하는 프로테오박테리아는 감소했다. 다른 연구에서도 적포도주가장 미생물군집에 유익하다는 유사한 결과가 보고되었다. 그 외에도 장 미생물에 의해 폴리페놀이 분해되면 우리 몸의 건강에 좋은 유익한 대사산물이 생성된다고 알려졌다. 이렇게 우리의 건강을 위해 한 잔의 적포도주 로 건배해야 할 충분한 이유가 있는 셈이다!
- 장미생물군집의 세계에서 가장 바람직한 희망은 특정 유익미생물들 을 찾아내고 배양하고 증식시킨 다음, 사람에게 집어넣어 IBS나 IBD 같 은 질환을 치료하고 전반적인 건강과 수명을 증진시키는 것이다. 이런 과정이 아주 단순해 보이지만, 앞에서 살펴보았듯이 건강하게 숙성된 미 생물군집이 어떤 것인지 정의하기가 아직 우리 능력 바깥에 있다. 그럼 에도 불구하고 최근 한 가지 의학적 시술이 미생물군집에 의한 치료분야 를 흔들어 놓아 수많은 회사들이 미생물 치료법을 시도하고 있다. 그시 술은 사람 사이의 대변이식이다. 대변이식의 개념은 '분변 미생물군집 이 식fecal microbiota transplantation; FMT', '대변 세균요법' 또는 '십이지장 주 입술'이라고도 하며 새로운 것이 아니다. 4세기 경 중국에서 극심한 설사 환자에게 치료제로 분변의 걸쭉한 용액을 복용시켰고(지금은 이 방법보 다 많이 개선되어 다행이 아닐 수 없다!), 16세기에도 대변을 섞은 물('황색 스프'라고 했다)을 설사나 변비 등의 여러 장질환에 치료제로 사용한 기록이 있다. 이와 비슷한 분변사용기록이 역사상 많이 등장을 한다. 지 금과 비슷한 형태로는 1958년 콜로라도주의 외과의사인 벤 아이스먼 Ben Eiseman이 심각한 장질환인 위막성 대장염pseudomembrane colitis 환 자 4명에게 대변을 항문에 주입하는 시술을 했고, 그 결과 획기적인 치료 성과를 거두었다. 최근에는 이 FMT가 일반인들뿐만 아니라 의료계에도 많은 관심을 불러모으게 되어 특히 클로스트리디움 디피실리 Clostridium difficile (C. difficile)균에 의한 감염증에 적용이 되었다.
- 디피실리C.diraile균은 장내에 독소를 생산해 심한 설사를 일으키는 장 병원균이다. 그러나 정상적인 상태에서 건강한 정상 미생물군집이 유지 될 때는 경쟁적 배제 효과에 의해 이 균이 장에서 서식하기 어렵다. 이 균 의 감염은 고관절 이식술과 같은 수술로 병원에 입원한 환자들에게 가장 빈번하게 일어난다. 이런 환자들에게는 수술 후 감염을 막기 위해 클린다 마이신clindamycin과 플루오로퀴놀론fluoroquinolone 같은 항생제들이 일 상적으로 투여된다. 이 항생제들이 미생물생태계를 청소하듯이 쓸어내 버리면 그 빈자리에 디피실리균이 쉽사리 서식할 수 있는 기회가 주어져 심각한 장질환을 일으키고, 심지어 목숨까지 잃게 한다.
이와 같은 디피실리균의 감염이 가장 흔한 의료기관 내 감염으로서 미 국에서는 연간 50만 명 이상이 발생하며 사망률은 9%에 달한다. 그리고 디피실리 감염 치료를 위한 항생제의 부작용으로 오히려 염증을 유발하는 조건이 생성되어 메트로니다졸metronidazole과 반코마이신 같은 항생 제는 효능이 1/4 수준으로 떨어졌다. 그래서 항생제 표준치료가 2~3회 실패하는 경우 디피실리의 재발 감염이 잘 일어나며 이는 앞으로 의학적 으로 해결해야 할 문제이다.
- 방귀의 문제는 그것이 풍기는 냄새인데 이는 미생물 덕분에 생긴 것이다. 미생물들은 황화수소썩은 달걀냄새로 방귀냄새 의 주범이다, 메테인싸이올methanethiol, 썩은 채소냄새, 그리고 다이메틸설파 이드dimethyl sulphide, 삶은 브로콜리 냄새 등을 생성한다. 이런 냄새나는 화 합물은 대장에서 우리가 분해시키지 못하는 식물성 섬유질과 같은 복잡 한 구조의 과당류를 미생물이 분해해 생기는 것이다. 따라서 브로콜리, 콩류, 콜리플라워, 그리고 다른 식물성 섬유질을 섭취하면 방귀의 냄새가 증가된다. 그러므로 채식주의자들은 식물성분의 식사를 하므로 당연히 냄새나는 방귀를 많이 뀌게 된다. 그러나 정기적으로 방귀를 뀐다는 것은 일종의 좋은 신호로서 섬유성 식품을 많이 섭취했고, 그것을 분해시켜가 스를 생성하는 건강한 미생물군집을 보유하고 있다는 것을 의미한다.
- 여러분의 식사를 고섬유질이면서 저지방 식품으로 바꾸면 3일 안에 미생물군집에도 변화가 일어난다. 식품의 변화가 인체미생물군집의 반 이상인 57%에서 변화를 일으킨다. 이에 비해 유전적인 변이는 미생 물군집의 12% 정도에서 변화를 일으킬 뿐이다. 식품이 장 미생물군집 을 변화시킨다는 흥미로운 예가 일본에서 보고되었다. 해초의 성분인 글리칸glycans를 분해시키는 특수한 미생물효소인 베타 포르피라나제 B-Porphyranase는 해양미생물에서 발견되었다. 그런데 이 효소가 북미 사 람들의 장 미생물에는 없는 반면, 일본인의 특정 장미생물인 박테로이데 스플레베이우스Bacteroides plebeins에서 발견되었다. 일본인들은 해초를 날 것으로 먹어 해초속 해양미생물이 가지고 있던 이 효소의 유전자가 일본 인의 장 미생물로 전달되고 점차 확산되어 일본인들이 해초를 소화시킬 수 있게 된 것으로 추정된다.
이런 해초의 경우는 식품의 소비가 한 집단의 미생물군집을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 보여주는 좋은 예가 된다. 
- 미생물의 촌락을 유지하자. 당신의 장에서 미생물의 다양성을 가능한 한 평생 동안 유지되도록 하자. 그러므로 항생제는 의학적으로 꼭 필요할 때 만 복용하고 프로바이오틱스가 풍부한 김치, 사워크라우트, 캐피르, 템페 (콩을 곰팡이로 발효시킨 인도네시아 음식), 요쿠르트, 콤부차를 먹고 프리 바이오틱스 식품인 아스파라거스, 돼지감자(Jerusalem artichoke), 바나나, 오트밀, 적포도주, 꿀, 메이플시럽, 콩류, 그 외 14장에 열거된 것들을 섭취 하자. 좀 더 정밀하게는 회사에 의뢰해 장 미생물군집의 전모를 파악하고 그에 맞는 식사법을 고려할 수 있다.
- 미생물과 심혈관질환에 관한 문제의 핵심을 한번 살펴보도록 하자. 육 류, 특히 붉은 고기를 좋아하는 사람들이 채식주의자보다 심혈관질환의 위험이 높다는 사실은 잘 알려져 있다. 무균동물, 즉 미생물이 없는 동물 들은 정상 미생물군집을 가진 동물에게 심혈관질환 위험을 증가시키는 사료를 먹인다 해도 그 위험도는 매우 낮다. 그 이유에 대한 설명은 다음 과 같다. 육류와 달걀노른자에는 두 종류의 구조적으로 유사한 화합물인 엘카르니틴 L-Carnitine과 콜린choline이 풍부하고, 이 두 화합물이 서구 식단의 약 2%를 차지한다. 이 두 화합물은 대장 미생물에 의해 여러 단계 의 반응을 거쳐 트리메틸아민trimethylamine; TMA라고 하는 찌꺼기 부산 물로 전환이 된다. 그런 다음 이 TMA은 간에서 효소작용에 의해 산화트 리메틸아민trimethylamine oxide; TMAO으로 산화가 되는데 이 산화트리메틸아민이 심혈관질환 유발에 관여한다.
이런 일련의 과정에서 미생물이 없다면 산화트리메틸아민은 생성되지 않는다. 왜냐하면 TMAO의 전구체인 TMA를 합성하는 미생물을 대체 할 수 있는 것이 몸속에 없기 때문이다. 따라서 미생물이 없으면 TMAO 도 없고 심혈관질환 발생도 줄어들 것이라는 가정을 세울 수 있다. 놀랍 게도 이런 가정에 대한 증거가 실제로 얻어졌다. 즉 무균동물들은 TMA 를 합성하지 못하고 그 결과 TMAO도 생성하지 못해 심혈관질환 발생 율도 감소했다. 그런 다음 이 무균동물에 미생물을 이식하면, TMA를 합 성하기 시작하고 그 다음 TMAO가 생기면서 심장질환도 나타났다. 그 리고 4,000명을 대상으로 한 임상시험에서 TMAO 수치가 높은 경우 뇌 졸중이나 심근경색 같은 혈전증 증세가 직접적으로 증가했고, 이 TMAO 수치를 이런 질환들의 예측지표로 사용할 수 있었다. 이 결과에 의해 TMAO 수치가 높을수록 심장마비로 인한 사망률이 증가할 것으로 예상 된다.
- 질에서 냄새가 약간 나는 것은 정상적이다. 냄새는 월경 주기, 성적 활동 그리고 땀에 의해 달라진다. 세균성질염은 비정상적인 냄새를 나게 하고 유익균과 유해균 사이의 미묘한 균형이 깨지면서 혐기 성균의 과다증식이 일어나게 한다. 세균성질염은 곰팡이인 칸디다 Candida에 의한 진균성 질염과는 다르다. 진균성 질염은 일반적으 로 따끔거림과 흰색의 덩어리진 분비물이 생기고 냄새는 나지 않는 다. 이에 비해 세균성질염은 흰색, 회색 또는 녹색의 분비물이 나오 고 소변을 볼 때 작열감이 있으며 생선 비린내가 난다. 세균성질염 은 항생제로 치료하고, 진균성 질염은 항진균제를 사용한다.
- 항생제, 특히 암피실린은 중이염, 방광염, 그리고 폐렴과 같은 세균성 감염증 치료에 사용되는데, 이런 항생제들에 의해 복합 에스트로겐 분해 효소를 생성하는 장미생물들이 박멸된다. 이렇게 되면 혈액 중 에스트로 겐의 수치는 낮아지고 대변 중 복합 에스트로겐은 증가한다. 또한 테트라 사이클린이나 술폰아미드 같은 항생제의 대량사용은 미생물군집의 붕괴 를 일으키고 이는 악성 유방암과 관련이 있다고 알려졌다.
이런 사실은 의학적으로 꼭 필요한 경우를 제외하고 유방암을 예방하 기 위해 항생제 복용을 피해야 한다는 것을 의미할까? 그 답은 아마도 “그 렇다”이다. 그러나 유방암과 같은 특정 질환을 예방하기 위해 필요한 항 생제의 최소량이 얼마인지에 대한 자료는 아직 얻어지지 않았다. 북미에 서 약만 명의 여성을 대상으로 한 대규모 연구에서 유방암 발생 전에 항 생제 사용이 증가할수록 유방암의 위험도 증가한다는 결과를 얻었다. 
- 항생제 복용은 대장암뿐만 아니라 다른 암의 발생에도 영향을 미칠 것 으로 생각된다. 60만 명을 대상으로 한 대규모 역학조사에서 항생제는 폐, 전립선, 그리고 방광에서 암 발생을 증가시키는 것으로 나타났다. 따 라서 항생제 사용에 신중을 기해야 한다. 항생제 사용은 세균성 감염에 매우 효과적인 치료법이지만, 항생제의 장기간 사용은 암 발생 위험을 증 가시킨다. 암과 항생제의 관련성은 아직 연구가 초기단계이고, 그 기전이 완전히 규명되지 못했지만 암 발생에 미생물이 관여한다는 사실은 의심 의 여지가 없이 확실하다.
- 대장암의 1/3은 유전적(또는 가족력)이다. 나머지 2/3의 원인은 규명 되지 않았지만 음식과 이에 관련된 미생물이 영향을 미칠 것이다. 따라서 대장암은 예방할 수 있을 뿐만 아니라 치료가 가능해 초기에 발견하면 90% 이상이 완치된다. 대장암은 발생하는 데 10년에서 40년이 걸리는데 이 기간 중에 대장 세포 내에 유전적 돌연변이가 축적되어 비정상적이고 암화된 세포의 분열이 일어나게 된다. 이렇게 대장세포가 과다증식되면 폴립이라고 하는 양성의 선종상태가 된다. 이 선종 중에 일부가 악성암으 로 전환된다. 크기가 크고 의심스러운 선종은 대장내시경 검사로 찾아내 어 제거함으로써 대장암을 미리 예방할 수 있다. 따라서 진행된 대장암은 사망률이 높은 악성암이므로 대장내시경 검사로 대장암을 선제적으로 예방하는 것이 특히 50세 이상일 경우 매우 중요하다. 며칠간의 불편함 이 생명을 구할 수 있다.
- 대식세포는 우리 몸의 보초이고 파수병으로 가장 먼저 방어선에 투입 된다. 이 세포들은 몸속을 돌아다니면서 손상된 모든 틈새를 방어하는 역 할을 한다. 대부분의 경우 대식세포만으로 외부침입자를 게걸스럽게 먹 어치우고 분해시켜(즉 죽게 만들어) 외부의 공격을 막아낼 수 있다. 여기에 더해 대식세포들은 혈관 속에 있는 세포들을 소집해 그 세포들이 싸움 터에서 감염에 대항하는 분자물질들을 방출하도록 한다. 이 과정이 염증 반응으로, 그 반응은 발갛게 부어오르고 열기와 통증이 있고 어떤 경우에 는 심한 발열증세로 나타난다. 이와 같이 전체 면역군대는 유기적으로 조 직화되어 외부 침입자를 공격해 우리 몸을 정상화시키고 질병발생을 막 는다. 면역 시스템은 매우 영리하고 효율적이며 놀랍도록 복잡한 시스템 이다. 면역반응은 우리가 여행하거나 넘어져 다쳤을 때에만 작동하는 것 이 아니다. 면역 시스템은 갑작스러운 상처에만 반응하는 것이 아니라 체 내 환경의 변화에 대응해 끊임없이 조율하고 있다. 따라서 면역 시스템은 얼마나 큰 위협과 직면했는지, 또 외부침입자를 얼마나 성공적으로 물리 칠수 있는지 여부에 따라 염증수치의 높낮이를 조절한다.
- 최근들어 장의 면역 시스템을 점차 이해하게 되면서, 장에서 면역 시스 템이 어떻게 작용하는지에 대한 개념이 바뀌어졌다. 미생물의 바다에서 면역 시스템이 진화한다고 생각하면, 동물들은 어디에나 있는 무해하고 잠재적으로 유익한 미생물과 죽여 없애야 하는 소수의 유해 미생물을 구 분할 수 있는 방법이 확립되어야 한다. 지속적으로 소수의 미생물들이 장 벽을 통과해 침투한다는 사실을 이제는 알고 있다. 그 전에는 이런 일이 미생물이 감염되었을 때만 일어나는 것으로 알고 있었다. 그러나 면역 시 스템은 항상감시상태에 놓여 있어서 켜졌다 꺼졌다 하는 것이 아니고 항 상 시동이 걸려 있는 상태로 있다가 필요하면 즉시 활성화된다. 따라서 이런 방식에 의해 즉각적으로 전력을 다해 가동됨으로써 미생물의 심각 한 위협을 조기에 뿌리 뽑을 수 있다.
그러나 과학자들을 아직도 괴롭히는 큰 문제는 미생물들이 어떻게 구 체적으로 면역 시스템과 소통하고있는가라는 의문이다. 미생물 중 어 떤 것들은 상피세포나 면역세포와 밀접하게 접촉해 서로 소통하기도 하지만, 세균이 보통 소통하는 방식은 특정 분자물질을 분비해 숙주세포 표 면의 수용체와 결합함으로써 신호를 세포 내로 전달해 그 영향이 나타낸 다. 현재까지 밝혀진 이런 분자물질로 가장 잘 알려진 것이 짧은사지방 산short-chain fatty acids; SCFAs으로, 이에 대해서는 7장에서 상세히 설명 했다. SCFAS는 아세테이트2개의 탄소분자, 프로피오네이트3개의 탄소사슬, 그리고 부티레이트4개의 탄소가 대표적이다. 이들은 식이섬유를 분해 하는 특정 미생물들이 생성한다. 앞에서 설명한 바와 같이 SCFAs는 여 러 기능을 가지고 있다. 가장 중요한 첫 번째 기능은 장세포에 흡수되어 에너지원으로 사용된다는 것이다. 두 번째는 면역반응을 조절하는 조절 T세포의 작용 네트워크 범위와 기능을 줄여 과도한 염증을 감소시킨다. 또한 염증을 유발하는 작동 T세포의 활성도 감소시킨다. 세 번째 기능으 로 SCFAs는 몸속 여러 세포들에 영향을 미쳐 조직의 회복력을 개선시킨 다. 이런 여러 기능에 의해 미생물이 생산한 SCFAS는 면역 시스템과 면 역반응의 대부분 활성에 있어서 중심 역할을 담당하고, 미생물과 면역 시 스템을 연결해 소통시키는 주요 분자물질이다.
- 대부분의 경우, 선천면역 시스템이 우리를 보호하는 힘든 일을 거의 도 맡아 한다. 그러나 이 방어시스템이 불충분하거나 실패할 경우 획득면역 이 작동해 보강된다. 이 획득면역은 매우 복잡해 진화의 꼭대기에 있는 척추동물만이 보유하고 있다. 따라서 비교적 단순한 생명체는 생존을 위 한 방어수단으로 선천면역만을 가지고 있다. 획득면역은 B세포가 생산 하는 항체나 특정 미생물을 목표로 하는 특정 T세포에 의해 특정 미생물 에 존재하는 특정 분자물질을 인식하게 된다. 이 획득면역 시스템이 부팅 되는 데는 적어도 일주일 정도의 시간이 필요하지만 이 기간동안은 선천 면역 시스템이 방어기능을 담당한다. 획득면역은 병원성 미생물을 선별 적으로 찾아내어 파괴시키는 여러 종의 면역세포와 항체로 구성되어 있 으며 장기간 작동하는 방어시스템이다.
이 다재다능한 획득면역은 한 번 침입한 특정 병원균을 기억할 수 있는 능력이 있어서, 과거에 만난 적이 있는 병원균에 대해서는 새롭게 전략을 짜지 않고 그 전에 사용한 방어 전략을 그대로 사용한다. 획득면역에서 B 세포는 미생물의 특정 분자물질에 결합해 그 미생물을 무력화 시키고, T 세포는 염증을 일으키는 여러 종의 사이토카인을 분비해 면역반응을 전 반적으로 조율한다. T세포의 일종인 세포독성 T세포는 바이러스를 가진 세포나 항체가 도달하지 못한 세포 내부의 미생물들을 직접적으로 파괴 시킨다. 이런 복잡한 면역기능이 추가됨으로써 인간이나 다른 포유동물, 조류, 그리고 파충류 같은 유악류턱이 있는 척추동물들은 병원성 미생물에 대해 백신생산과 같이 자신을 방어할 수 있는 훨씬 다양한 유연성을 가지 게 되었다. 따라서 획득면역은 선천면역이 방어할 수 없는 경우에 대비한 지원군 역할을 한다.
- 통풍
통풍은 관절부위에 극심한 통증과 피부가 붓고 빨개지는 특징을 가진 일종의 관절염이다. 체내에서 과다 생성된 요산이 결정화되어 관절에 축 적되면서 통증과 염증이 일어난다. 붉은 육류와 맥주 같은 주류, 조개류 나 멸치 같은 특정 해산물 등 체내에서 요산으로 전환될 퓨린이 많이 함 유된 식품의 섭취가 통풍의 원인이다. 이처럼 영양분이 풍부한 음식이 원 인이므로 통풍은 역사적으로 '부자병' 또는 '왕의 질병'으로 알려져 있다. 역사적으로 유명한 통풍환자들은 영국의 헨리 8세, 벤저민 프랭클린, 뉴턴, 베토벤, 그리고 레오나르도 다빈치 등이다.
통풍의 발생률이 최근 서구사회에서 급증하고 있다. 아마도 식습관이 달라지고 과체중이 되고 수명이 늘어난 것이 주된 원인일 것이다. 그래서 미국인의 약 4%가 극심한 통증과 발적, 부어오름 같은 고통스런 경험을 하게 된다. 급성 통풍인 경우는 항염증약물인 NSAIDS가 통증을 가라앉 히고 통증 시간을 줄여준다. 그리고 만성통풍인 경우는 식습관을 바꾸고 운동을 하고 음주를 줄이는 것이 재발을 최소화하는 데 도움이 된다. 통풍의 진단은 혈중 요산수치로 판정된다. 그런데 최근에 장 미생물을 기반으로 한 독특한 검사법이 개발되었고, 이 방법은 기존의 혈액검사법 보다 효능이 높다고 알려졌다. 이 검사법은 요산의 30%가 장을 통해 배출되므로 장 미생물이 요산대사에 관여할 것이라는 가설에 기반해 개발 되었다. 즉 요산환자와 정상인을 비교한 결과, 요산을 분해하는 효소의 양이 환자에서 낮다는 사실이 발견되었다. 따라서 환자들은 요산분해가 감소해 통풍이 유발된 것이다. 이 요산분해 과정에 관여하는 17종의 미 생물을 발굴해 이를 '통풍의 미생물 지표로 확립했다. 이 미생물 지표를 이용해 33명의 정상인과 35명의 통풍환자를 대상으로 조사한 결과, 통풍 진단의 정확도가 88.9%에 달해 기존의 혈액검사의 정확도인 71.3%보다 우수한 결과를 얻었다. 이 결과에 의해 장 미생물군집이 통풍의 진단을 개선하고 더 나아가 치료에도 활용될 가능성이 제기되고 있다.
- 면역 시스템이 늙으면서 약해지지만, 낮은 정도의 염증은 노인들에서 크게 증가한다. 이런 현상을 염증성 노화라고 적절하게 이름 지어졌다. 노화되면서 면역 시스템의 효율성이 감소하면 미생물군집도 잘 유지하 지 못하고 그에 따라 외부물질도 적절하게 컨트롤하지 못하게 된다. 따라 서 미생물이 몸속으로 쉽사리 침투해 염증반응을 일으키게 된다. 그리고 노화가 되면 장의 투과성도 증가한다. 그러면 더 많은 미생물과 이들이 만든 염증성 물질들이 몸속으로 들어가서 염증을 증가시키게 된다. 이와 같이 면역 자극물질들이 면역반응을 촉발시키면, 염증 유발성 사이토카 인의 증가와 항염증성 사이토카인의 감소를 포함한 복잡한 일련의 과정 을 거쳐 낮은 정도의 염증이 일어나게 된다. 65세 이상의 노인들은 젊은 사람들보다 혈중에 염증 유발성 사이토카인이 2~4배 높게 나타난다. 이런 염증성 사이토카인을 측정함으로써 10년 내에 사망할 위험을 예측할 수 있고, 대부분의 노화관련 질환의 발병 여부도 예상할 수 있다.
염증성 노화가 건강과 질병에 미치는 영향은 어떠한가? 과학자들이 애 호하는 동물모델인 생쥐와 초파리의 연구결과, 염증을 줄이면 건강한 장 미생물군집이 유지되고 수명이 증가되었다. 사이토카인들은 몸 전체를 순환하므로 그에 따라 염증성 노화가 대부분의 조직과 기관에 나타난다. 그 결과 심장마비와 뇌졸중을 일으키는 동맥경화증, 간과 신장의 대사질 환, 비만, 제2형 당뇨병, 그리고 근육과 뼈의 손실, 암, 자가면역질환, 또한 우울증과 치매 같은 신경퇴행성 질환의 발생과 관련이 된다.
이처럼 낮은 정도의 염증이 유발하는 조직손상은 몸 전반에 걸쳐 일어 난다. 따라서 염증성 노화가 노화와 관련된 거의 모든 퇴행성 과정의 핵심에 놓여 있다. 그러므로 건강한 장수에는 이런 만성의 낮은 정도의 염증을 가급적 줄이는 것이 무엇보다 중요하다.
여기서 또 다른 의문이 생긴다. 염증성 노화가 우리 몸과 수명에 그렇 게 해롭다면 왜 진화과정에서 제거되지 않았을까? 이에 대한 단순한 답 은 염증성 노화는 주로 생식단계가 훨씬 지난 노인에서 일어나므로 이를 제거해야 할 진화의 압력이 없다는 점이다. 진화는 생식과 밀접하게 연관 되어 있어 우리가 후손을 생산한 후에 얼마나 오래 살아야하는지에 대해서는 유전적으로 관련이 없어 보인다. 또한 염증은 생애 초기단계에, 특 히 생식 가능시기에 감염과 다른 질병을 극복해 생존하는 데 필수적이다. 이때의 생존 그 자체가 장수에 핵심이기도 하다. 따라서 이 방어기전이 노년기에 해가 된다 할지라도 제거시킬 진화상의 이유가 없는 것이다.
- 노인에게 나타나는 쇠약과 균형감 상실 같은 증상 중 많은 것은 실 제로는 무활동으로 인한 것이지 나이 들어 그런 것이 아니다. 나이 가 너무 들어 몸을 움직일 수 없다는 것은 성립되지 않는다! 예외적인 경우이긴 하지만 70대, 80대 그리고 90대의 바디빌더와 마라톤 주자도 있다. 그리고 연구결과에 의하면 90대의 요양시설 노인들도 운동프로그램을 시작하면 근육의 강도를 높일 수 있다고 한다
- 미생물의 조성에 미치는 환경의 역할은 미생물학 분야에서 과학적인 논의의 대상이다. 이 주제를 연구하기 위해 이스라엘의 와이즈만 연구소 의 에란 시걸Eran Segal 박사 팀은 1,046명의 건강한 이스라엘 성인으로 부터 혈액과 대변을 수집했다(이 연구결과는 2018년 <네이처Nature> 지 에 발표되었다). 연구 대상자들의 연령은 18세에서 70세 사이였고, 연구 참여 전 3개월 동안 항생제를 복용하지 않았으며, 만성질환을 가지고 있지 않고, 임신 중이 아니었다. 그리고 조상 기원이 아슈케나지중부와 동부유럽의 유대인 후손, 북아프리카, 에멘, 세파르디스페인과 북아프리카계 유대인, 그 리고 중동의 5계열로 분류되었다. 따라서 유전적으로 다양한 인구 집단 이 비교적 최근에 이스라엘로 유입된 반면, 이들이 현재 사는 환경은 동 일하므로 환경과 유전적 요인이 미생물군집에 주는 영향이 어떤지 비교, 조사할 수 있는 최적의 조건이었다. 연구결과 시걸 박사팀은 혈통은 미생 물군집의 조성과 크게 연관되지 않아 개인의 유전적 요인이 미생물 조성 의 차이에 미치는 정도는 2% 미만으로 매우 작은 부분에 불과함을 발견 했다.
시걸 박사팀은 이 주제에 대해 더 깊게 조사하기 위해 2016년 영국에 서 1,126 쌍의 쌍둥이를 대상으로 실시한 미생물군집의 조성에 대한 데 이터를 분석했다. 그 결과, 인간미생물군집의 1.9~8.1%만이 유전되었다. 따라서 쌍둥이들은 동일한 유전자를 가지고 있지만 그 미생물군집은 확 연히 다르게 나타났다. 그 대신 식사, 약물, 그리고 거주환경과 같은 생활 요인들이 나머지 91.9~98.1%를 결정했다.
- 우리의 생활환경을 가능한 한 살균하지 말고, 건강한 노화를 위해 올바 른 정도의 위생적인 깨끗함을 유지하도록 노력하는 것이 필요하다. 무엇 보다도 우리가 사는 환경에서 만나는 미생물 중 극소수가 해를 끼친다. 이 장에서 살펴보았듯이 더 많은 미생물들은 우리 몸에 이롭다. 그리고 미생물이 없는 집을 생각할 수도 없다. 살균제들이 표면에 있는 미생물들 을 일시적으로 죽이지만, 그 살상효과가 오래 지속되지 않는다. 물론 살 균제가 필요한 상황이 있긴 하지만 많은 경우가 그러하지 않다. 예를 들 어 변기를 살균한다는 것은 헛고생하는 것이다. 변기를 정기적으로 청소 하는 것은 바람직하지만, 변기가 대변에 자주 노출되기 때문에 멸균은 사실상 불가능한 일이다. 또 다른 예는 탈취살균제를 방 안에 뿌리는 일이 다. 이렇게 해서 공기를 살균할 수 없다. 그 대신 실내 공기 중의 냄새가 이상하면 그 원인을 찾아 깨끗이 청소하면 된다. 그럼 살균제가 실제로 필요한 때는 언제일까? 그럴 때는 지하실의 하수관이 넘쳐 흐르거나 집 안에 특별히 건강문제가 있어서 감염에 극히 취약한 환자가 있는 경우이 다. 그 외 대부분의 경우에는 비누나 세제 그리고 물로 간단하게 닦고 청 소하는 것을 자주 꼼꼼히 하는 것으로 충분하다. 즉 간단한 청소와 손 씻 기가 일반적으로 여러 감염증과 질병의 확산을 막는 가장 효과적인 방법 의 하나이다.
- 사실상 가정에서 해로운 미생물을 제거하는 것은 별다른 어려움 없이 할 수 있다. 즉 가능한 한 바깥공기로 환기를 시키거나, 표면을 깨끗이 닦 고 미생물들을 붙잡아 두는 과도한 카펫과 바닥재를 줄이는 것 등이다. 그 대신 실내에 나무와 화초를 키워서 실내 공기의 질을 개선하고 유익한 세균이 실내에 들어오도록 해서 건강에 도움이 되도록 하는 것이다. 그 외에도 애완동물을 키우거나 친구와 친척의 정기적인 방문에 의해 집안 내 미생물의 다양성을 증가시키고 항미생물제 대신 비누와 물로 청소하 는 것들도 도움이 된다. 그리고 신발을 집 안에 두는 것도 건강에 오히려 도움이 될 수 있다. 따라서 늙어가면서 냉난방이 되고 살균된 환경 속에 자신을 가두지 않도록 해야 한다.
- 프로바이오틱스probiotics를 먹는 대신 이미 있는 미생물군집을 보완할 수 있는 방안으로 아예 처음부터 유익 미생물들의 번식과 활성을 증진시 킬 수 있는 식품을 먹는 것은 어떨까? 이런 식품들을 프리바이오틱스pre- biotics라고 한다. 프리바이오틱스의 정의는 지난 몇 년 동안 계속 변화해 왔지만, 지금은 선택적으로 발효되어(즉 분해되어) 위장관 미생물군집의 조성과 (또는) 활성에 특이적인 변화를 야기하는 물질로 흔히 정의된다. 이 물질은 결과적으로 사람의 건강에도 유익하다. 이때 이 물질 자체는 사람에 의해 분해되지 못하지만(즉 소화가 안 되지만), 세균은 대사를 할 수 있어 결과적으로 사람과 미생물군집 양쪽에 유익한 효과를 나타낸다.
- 프리바이오틱스는 섬유소탄수화물 또는 당류로서 보통 저항성 녹말이라고도 한 다의 일종으로 이눌린, 프락토올리고당, 그리고 갈락토올리고당을 포함 한다. 이런 미생물의 먹이는 유익균인 젖산균과 비피도박테리움균들을 선택적으로 증식시킨다(현재는 이런 프리바이오틱스가 부티레이트 생 성균과 같은 다른 세균에도 영향을 미친다는 것이 알려져 있다). 또한 프 리바이오틱스는 미생물의 다양성도 증가시킨다. 이런 프리바이오틱스는 식물성 식품에 자연적으로 함유되어 있고 여러 생물자원에서 분리할 수 있다.
프리바이오틱스가 어떻게 작용하는지에 대해 여러 가설이 있다. 그 중 대표적인 것은 프리바이오틱스를 섭취하면 이것이 유익균의 먹이가 되 어 유익균이 증식하면 유익한 SCFA 생성을 증가시킨다는 가설이다. 그 리고 프리바이오틱스는 장내용물이 장관을 이동하는 시간장 통과시간, 장 내용물의 점도와 굵기, 그리고 장 미생물과 식품성분과의 상호작용에도 영향을 미친다.