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제목 [윤복근 칼럼] 바이러스와 마이크로바이옴 (Ⅰ)
작성자 (주)뉴라이프헬스케어 (ip:)
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  • 작성일 2021-04-01
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인간의 인체는 거의 모든 인체 시스템에 영향을 미치는 보이지 않는 거대한 미생물생태계인 인체 마이크로바이옴의 숙주로 우리 몸에 서식하는 가장 흔한 미생물은 박테리아고세균바이러스원생생물곰팡이 등이다.

 

이 흥미로운 미생물 군집은 세포구성의 50 % 이상에 기여하며 기분식욕 및 면역반응을 포함한 다양한 생리적 기능에 영향을 미칠 수 있고미생물군의 집합적 유전 물질은 놀랍도록 역동적이다우리 몸에는 장피부생식기관심지어 배꼽 안에도 여러 가지 마이크로바이옴으로 불리는 미생물군 유전체 생태계가 결합되어 있다.

 

이와 같이 인체의 모든 표면은 미생물이라고 불리는 다양한 미생물군에 의해 집단화되지만미생물 집단이 바이러스에 미치는 영향은 아직 불분명하다최근 관련 연구들은 미생물이 바이러스 감염에 어떤 영향을 미치는지에 대한 이해를 증진시켰다미생물은 일부 바이러스의 감염을 억제하고 다른 바이러스의 감염을 촉진하는데이러한 영향은 숙주 또는 바이러스에 대한 직·간접적인 영향을 통해 발생할 수 있다.


shutterstock제공


▲ shutterstock제공



이 칼럼에서는 미생물이 포유류 바이러스 감염에 미치는 영향과 메커니즘을 살펴보고나아가 미생물이 바이러스에 어떤 영향을 미치는지에 대한 향후 연구전략을 제시해 보고자 한다전체적으로 미생물은 다양한 메커니즘을 통해 광범위한 바이러스에 영향을 미칠 수 있으며바이러스와 미생물간의 상호작용에 대한 연구가 향후 바이러스에 대한 면역력 향상을 위한 토대가 될 것이다.

 

환경에 노출된 인체의 모든 표면은 마이크로바이옴이라고 불리는 다양한 미생물군에 의해 집단화된다미생물들은 박테리아곰팡이바이러스를 포함하고 있으며 이러한 미생물은 인간의 세포보다 10배 이상 많은 것으로 알려지면서 미생물에 대한 다양성이 인정받기 시작했다미생물의 대다수는 위장관(GI tract)에 거주하지만피부비뇨생식기관에도 뚜렷한 집단이 발견된다흥미롭게도 각각이 아닌 인체의 거의 모두가 이러한 미생물집단 다양성의 주요 결정인자가 된다.

 

인간의 건강은 미생물과 전체적으로 연관되어 있다미생물은 최적의 인간 발달을 위해 반드시 필요하며 다양한 병원균으로부터 숙주를 보호하는데 도움을 준다또한 미생물들은 집단과 몸 속 요소들을 위해 병원균과 경쟁하며면역력 증진을 위한 중요한 전달신호를 제공하여 면역체계의 발달에 도움을 준다그러나 무엇이 건강한 미생물군을 구성하는지는 아직 많은 부분이 밝혀지지 않았다.

 

우리는 인체 마이크로바이옴이 건강과 질병 사이에 어떻게 관여하는지 잘 알지 못하지만 우리가 알고 있는 것은 미생물 군집의 다양성과 균형질병에 대한 취약성 사이에는 긴밀한 연관성이 있다는 것이다.

 

인체에는 유익한 미생물과 병원성 미생물이 균형을 이루면서 병원성 미생물을 억제하고 조화로운 균형을 유지하고 있지만무슨 이유로든 병원성 미생물이 우세해지면 이 미생물위 균형이 무너지는 디스바이오시스(dysbiosis) 상태가 된다디스바이오시스는 암염증성 장 질환2형 당뇨병비만 및 천식을 포함한 여러 질병과 관련이 있으며부적절한 생활습관과 식단불규칙한 식습관항생제와 화학약물의 남용우리가 사는 유해한 환경스트레스 등도 인체 마이크로바이옴의 균형을 무너뜨릴 수 있다고 밝혀지면서 장내 미생물의 존재는 인간의 건강에 필수적인 요소로 부각되고 있다.

 

미생물의 위치와 다양성을 바탕으로 바이러스가 미생물과 상호작용 하는 것에 대해서는 의심할 여지가 없다최근 연구들은 미생물과 인간인 숙주사이의 상호작용을 탁월하게 이해하고 있지만 많은 미생물과 바이러스간의 상호작용은 억제되지 않은 채로 남아있다위장관을 집단화하는 바이러스는 초기 감염 부위와 그 위치에 방대한 미생물 집단이 모이기 때문에 가장 많이 연구되어 오고 있다장내 바이러스는 포유류의 위장관에서 약 1,014개의 박테리아를 만나게 된다비록 미생물의 밀도와 구성은 신체 부위마다 다르지만거의 모든 바이러스는 미생물이 서식하는 장소에서 감염을 시작하게 된다.

 

미생물과 바이러스간의 상호작용은 여러 실험모델로 사용되고 있으며가장 흔하게 무균 생쥐 또는 항생제 치료를 받은 생쥐를 사용하여 연구되어 오고 있다무균 생쥐는 태어날 때부터 미생물로 멸균되어 무균환경에서 유지된다영양섭취에 대한 미생물의 중요성을 설명하면서 무균 동물들은 기존 동물들에 비해 체중을 유지하기 위해 하루 30% 더 많은 칼로리를 소비한다.

 

일반적으로 건강하고 비옥한 무균 생쥐는 면역력이 떨어져 실험 해석을 복잡하게 할 수 있다다시 말하면무균 생쥐는 어떤 미생물도 없는 환경에서 생활하여바이러스와 미생물간의 상호작용을 검사하기 위해 하나의 박테리아 변종이나 여러 종류의 박테리아와 변종을 집단화할 수 있다따라서 무균 생쥐는 바이러스와 미생물간 연구에 매우 중요한 모델이다무균 생쥐는 전문화된 시설을 필요로 하고 생성과 유지에 비용이 많이 들기 때문에 항생제 치료를 받은 생쥐를 이용하여 바이러스와 미생물간의 상호작용을 연구하는데 많이 이용되었다.

 

항생제 치료 접근방법에 대한 주의사항에는 숙주 생리기능의 잠재적 변화헤아릴 수 없는 유기체에 의해 생성된 알려지지 않은 조건불완전한 녹다운(knockdown,유전자의 기능을 감소시킨 돌연변이)과 항생제 내성이 포함되었다그러나 항생제 치료 접근방식은 비교적 저렴하고다른 동물 모델뿐만 아니라 쥐의 어떤 변종에도 사용할 수 있으며동물들은 치료 전에 미생물이 존재하는 곳에서 생리학적면역학적 발달을 얻는다는 장점이 있다.

 

무균 모델과 항생제 치료 모델 모두 장단점이 있기 때문에 바이러스와 미생물간의 상호작용 연구를 위한 두 모델을 활용할 수 있다면 이상적이다또한 특정 바이러스의 자연적인 감염경로를 이용하는 것이 중요하다장내 바이러스는 구강 감염으로호흡기 바이러스는 비강 감염이 진행되어야 한다자연적인 감염 경로즉 관련 미생물 집단을 우회하여 접근하는 것은 결과를 크게 변화시킬 수 있다.

 

수년 동안 미생물과 로타바이러스인플루엔자 사이의 연관성을 입증해온 많은 연구들이 있다로타바이러스는 레오바이러스과(Reoviridae) 비 외피성 이중 가닥 RNA 바이러스로서 전 세계적으로 바이러스성 설사를 일으키는 주요 원인이다프로바이오틱스는 바이러스성 설사 기간을 단축하고젖산균 람노서스 GG(Lactobacillus rhamnosus GG)를 투여하면 로타바이러스 분출을 줄이는 것으로 나타났다최근에는 공생하는 박테리아에 의한 수용성 인자가 장내 상피세포에 로타바이러스 감염을 차단하는 것으로 파악됐다.

 

Varyukina 외 연구진들은 이러한 수용성 인자가 장내 상피세포 표면에 당사슬(glycan)을 바꾸고로타바이러스 감염으로부터 보호한다고 가정하면서이러한 요인들이 어떻게 로타바이러스 감염을 제한할 수 있는지 아직 정확하게 정의되지는 않았지만숙주의 환경을 변화시켜 바이러스 감염으로부터 숙주를 잠재적으로 보호하며 공생하는 박테리아의 능력을 강조했다.

 

또한 인체와 인플루엔자 관련 연구에서는 미생물에 의한 숙주 면역체계의 자극이 인플루엔자 바이러스 질환에 영향을 미치는 것으로 나타났다인플루엔자 바이러스는 오르토믹소바이러스과(Orthomyxoviridae)의 알려지지 않은 음극 가닥RNA 바이러스로 호흡기 경로를 통하여 전파된다. 1960년대 Dolowy 외 연구진은 일반 생쥐와 무균 생쥐를 이용하여 인플루엔자 바이러스 실험을 진행했다이들은 무균 생쥐가 일반 생쥐에 비해 인플루엔자 바이러스에 더 취약하다고 판단했으나 최근 세 개의 그룹이 이 실험의 메커니즘을 밝혀냈다. Ichinohe 외 연구에서는 항생제 치료를 받은 생쥐가 기존 생쥐에 비해 더 높은 폐 인플루엔자 바이러스의 적정농도를 보였다.


윤복근 광운대학교 바이오의료경영학과 교수

▲ 윤복근 광운대학교 바이오의료경영학과 교수


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