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[뉴스엑스포_산업분석] 인간과 공존하는 미생물 ‘프로바이오틱스, FMT’-프로바이오틱스, FMT 활용 분야 많아 주목, 개발할 필요 있어
  • 염정민, 임종인 기자
  • 승인 2018.08.06 15:17
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▲ 그래픽_뉴스엑스포 그래픽 팀 / 팀장_이진영

[뉴스엑스포_산업분석] 사고를 당한 탐사 대원이 화성에서 장기간 체류하면서 발생하는 일들을 그린 영화 ‘마션’에서는 인분(똥)을 이용해 감자를 재배하는 장면이 나온다. 이때 주인공이 감자 재배에 인분을 이용하는 이유는 화성 토양에 부족한 유기물을 공급하기 위함도 있지만 인분에 포함되어 있는 장내 미생물을 공급하기 위한 목적도 있다.

미생물은 작물이 직접 흡수하는 영양소는 아니지만 낙엽, 곤충 등 토양에 존재하나 작물이 직접 흡수할 수 없는 유기물을 분해하여 작물이 흡수할 수 있는 형태로 전환시킬 수 있어 작물 재배에 필수적인 요소이기 때문이다.

이와 같이 생태계에서 생물과 미생물이 공존하는 사례는 작물과 미생물 사이에 한정되지는 않는다. 외견상 미생물과 무관해 보이는 인간도 소화기관인 장 내부에 존재하는 미생물들과 상호작용을 하고 있어 미생물과 공존한다고 할 수 있다.

언뜻 상상하기 힘들지만 인간의 장 속에는 일반적으로 100조가 넘는 미생물들이 서식하고 있는 것으로 알려진다. 이 미생물들 중 일부가 인간에게 좋지 않은 영향을 끼치기도 하지만 많은 미생물이 인간에게 유익한 물질을 제공하며 서로 상호 이익을 취하는 관계를 맺고 있는 것 또한 부정할 수 없는 사실이다.

 프로바이오틱스(Probiotics)

프로바이오틱스는 인간의 체내 특히 장내에 존재할 경우 인간에게 유익한 기능을 제공하는 미생물을 포함하고 있는 균류 혹은 제품을 의미한다.

이는 미생물들을 사멸시키는데 사용하는 안티바이오틱스(Antibiotics, 항생제)와는 반대되는 개념이다. 미생물에 관한 본격적인 연구 결과가 나오기 전 인간은 미생물을 유해하며 위험한 존재로 규정하고 항생제를 사용하여 미생물을 사멸시키는데 주력했다. 이런 기조 속에서 남용된 항생제는 미생물을 무차별적으로 사멸시키기 때문에 인간에게 유익한 유익균마저 사멸시켜 환자의 회복을 더디게 만드는 부작용을 발생시키기도 했다.

시간이 지나 학계에서는 유산균과 같은 인간에 유익한 작용을 하는 미생물에 대한 연구가 진행되었고, 이와 관련한 연구 결과가 축적되자 인간의 건강을 위해 유익한 미생물들을 이용하자는 주장이 자연스럽게 고개를 드는 데 이의 결과물이 프로바이오틱스라고 할 수 있다.

프로바이오틱스 중 요구르트와 같은 발효 유제품 광고 등을 통해 대중에게 보편적으로 알려진 것으로 ‘비피더스(학명 Lactobacillus bifidus)’균을 들 수 있다. 이 균은 장 내부를 산성화하고 장의 연동 운동과 면역을 활성화하는 역할을 하는 것으로 알려진다. 사람이 스트레스를 받거나 병에 걸리면 그 수가 줄어드는데 장내 비피더스균 수가 줄어들면 환자는 복통, 설사를 일으키기 쉽다.

비피더스균 외에 프리보텔라(Prevotella)에 속하는 미생물도 인간 장내에 존재하는 식물성 섬유질을 발효시켜 단쇄지방산(short chain fatty acids)을 생성한다. 이 단쇄지방산은 장내 점막 방어기능을 높이고, 장의 운동을 촉진시키며 콜레스테롤을 감소시키는 등 인간의 건강에 중요한 기능을 담당하고 있는 물질이다. 따라서 프리보텔라와 같은 미생물이 장내에 다수 존재하고 있는 것은 인간의 건강을 지키는데 도움이 되는 요소라고 할 수 있다.

현재 프로바이오틱스에 관한 연구가 진행되고 있지만 미생물 분야는 워낙 광범위하기 때문에 알려진 유익 미생물은 빙산의 일각에 지나지 않는다는 평가가 지배적이다. 따라서 학계에서는 연구 과제도 많이 남아 있고, 인간의 건강과 직결되는 연구 과제인 프로바이오틱스 관련 연구가 장래가 유망한 분야로 평가하고 있다.

◆ FMT(Fecal Microbiota Transplant, 분변 미생물 이식술)

인간의 건강에 도움을 주는 미생물 관련 프로바이오틱스 분야가 주목을 받게 되자 FMT 즉 분변 미생물 이식술이라는 기법이 개발되었는데 일반에서는 이를 대변 이식술로 부르기도 한다.

FMT는 건강한 사람의 대변을 공여 받은 후 특수 처리를 하여 대변에서 미생물들을 추출, 내시경, 관장을 통해 환자의 장에 추출한 미생물들을 이식하는 방법이다. 인간의 장내에는 유익균과 유해균이 같이 존재한다. 만약 어떤 이유로 유해균이 크게 증가한 경우 소화에 장애가 오고 복통과 설사를 일으키게 되는데 이때 사용되는 방법이 FMT로 볼 수 있다.

FMT가 개발되기 전에는 장염 환자를 치료하기 위해 항생제를 사용, 장내 유익균과 유해균을 동시에 사멸시키는 방법을 사용하였다. 항생제 사용 시 유해균이 사멸되기 때문에 환자가 치료되는 경우도 있었지만 유익균도 동시에 사멸되어 소화 기능에 문제가 오거나 유익균 보다 유해균이 폭발적으로 증가하여 병세가 악화되는 경우도 종종 발생했다.

따라서 이와 같은 점을 개선하기 위해 FMT는 항생제를 사용하지 않고 건강한 사람의 장내 미생물을 이식시켜 유익균의 숫자를 늘리는 방법으로 환자의 치료를 시도했다.

유익균 중에는 유산균이 포함되는데 이 유산균은 대사활동으로 젖산을 포함한 산을 배출하여 장을 산성화시키는 작용을 한다. 그런데 유해균 중 다수는 산성 환경에서 대사 활동을 활발히 하지 못해서 죽는 특성을 가지고 있다. 따라서 장내 유산균이 많아져 장이 산성화되면 유해균의 숫자는 줄어들 수밖에 없다.

FMT는 바로 이런 특성을 이용하는데 항생제를 사용하여 무차별적으로 미생물을 사멸시키는 대신, 장내에 유익균을 증가시켜 유해균이 살기 어려운 환경을 만드는 것이다.

특히 항생제 사용으로 인해 장내 미생물 구성에 불균형이 오는 경우 클로스트리디움 디피실(Clostridium Difficile) 장염이 발생하게 되는데, 최근 연구 결과에 의하면 이 장염의 사망률은 6.9%에 이를 정도로 심각하고 35%의 재발률을 가진 것으로 알려진다. 게다가 클로스트리디움 디피실 장염은 환자가 고령이거나 면역력에 문제가 있는 경우 재발률이 60%까지 치솟는 것으로 알려져 상당한 주의가 필요한 질병이다.

이 질병에는 항생제를 사용하는 것보다 FMT를 사용하는 것이 효과적인 것으로 알려지는데, FMT는 재발성 또는 기존 항생제 치료에 반응하지 않는 클로스트리디움 디피실 감염 치료에 높은 안정성과 90% 이상의 효용성을 보이는 것으로 알려진다.

한편 현재 FMT는 장염 치료에만 국한되지 않고 다른 질병에도 사용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.

그 중 대표적인 질환이 비만인데, 워싱턴 의과대학의 제프리 고든 팀의 연구에 의하면 비만 환자들의 장 내부에는 ‘페르미쿠테스(Fermicutes)’균이 90%이상 존재했으며 ‘박테로이데테스(Bacteroidetes)’균은 3% 내외에 불과했지만 정상 체중의 사람의 장 내부에는 박테로이데테스균이 30% 이상 존재하는 것으로 나타났다.

고든 연구팀은 비만환자들에게 저지방, 저탄수화물 식사를 처방하고 환자들의 장내 미생물 구성을 살폈는데, 연구팀은 1년 후 환자들의 장내 미생물 중 90%에 달했던 페르미쿠테스는 73%로 감소하였고 3%에 불과했던 박테로이데테스는 15%까지 증가한 것으로 나타나 비만과 장내 미생물과의 연관성이 있다고 결론 내렸다.

한편 다른 연구팀은 생쥐 실험에서 장내 미생물의 구성을 바꾸는 것만으로도 비만을 유발할 수 있다는 연구 결과를 발표하여 고든 연구팀의 연구 결과를 지지하기도 했다.

또한 최근에는 우울증 같은 질환과 장내 미생물도 상관관계를 가지고 있다는 연구 결과가 나왔고, 다른 질환과의 연관성에 관한 연구도 진행되고 있기 때문에 장래 FMT 활용 분야는 장염이라는 특수 질병에만 국한되지는 않을 것으로 전망된다. 따라서 프로바이오틱스와 FMT에 대한 주목과 연구 개발이 필요하다고 볼 수 있다.

염정민, 임종인 기자  news@newsexpo.co.kr

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