장내 세균
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들어가는말 #
최근 수년간 주요 세균의 유전체 염기서열과 메타지노믹스 분석을 통해 인간의 장내 미생물군집의 구조와 기능에 대한 연구가 대두되어, 현재 무려 천여종에 달하는 미생물들의 생태가 유전체학을 기반으로 인간의 건강에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 본격적인 연구가 진행되고 있다. 인간과 미생물들은 공동의 이익을 추구하며 오랜 세월, 같이 공생해 왔으며, 그로 인해 깊은 상호 의존성을 갖고 서로 간에 다양하고 밀접한 영향을 미치며 살아가고 있는 것이다. 이에 따라, 장내 미생물군집과 인간 간의 기능적 연구는 이제 생물학의 새로운 주요 대상으로 떠오르고 있다.
메타지노믹스 분석을 위한 툴 #
- Metaphlan : 미생물 커뮤니티 구성을 프로파일링 하기 위한 도구
- Circos: 분석 결과의 시각화 라이브러리
- CLC Microbial Genomics Module: CLC Microbial Genomics Module은 whole metagenome sequencing을 통해 얻은 서열을 de-novo assembly할 수 있으며, 군집의 기능이나 우점종을 분석할 수 있습니다. 또한 MLST(multilocus sequence typing) 기능이 포함되어 house keeping 유전자의 DNA 시퀀스를 이용하여 여러 개의 loci를 타이핑할 수 있습니다.
- Qiime2:QIIME 2는 Quantitative Insights Into Microbial Ecolog의 약자 입니다. QIIME은 DNA-seq 데이터에서 미생물을 분석하는 오픈소스의 생물정보학 파이프라인입니다. 박테리아 community을 수행할 수 있으며 다양한 플랫폼에서 생성된 raw data 분석, 시각화 및 통계적으로 다양한 분석이 가능합니다.
- Mothur: Mothur는 현재 16S rRNA 유전자 서열 분석에 가장 많이 인용 된 생물정보학 도구입니다. Sanger, PacBio, IonTorrent, 454 및 Illumina (MiSeq/HiSeq)가 생성 한 데이터를 mothur를 사용해 community 분석이 가능합니다.
장내 세균(Enterobacteria) #
장내세균이란 사람이나 동물의 장 내부에서 생활하고 있는 세균(Bacteria)을 의미하며, 사람의 장 안에 생존하는 박테리아에는 대장균, 박테로이데스, 유박테리움, 혐기성 연쇄상 구균, 젖산 간균 등 100종 이상 존재한다.
장내 세균의 기능 #
인체의 위장관에는 많은 미생물이 군집을 이루고 살고 있다. 이 중 장내 세균총 (intestinal micorbiota)은 장의 항상성과 기능을 유지하는데 필수적이다. 반면 특정 병원균이 군집을 이루면 인체에 해가 되고, 감염 질환을 유발하는 것이다. 따라서 인체는 해가 없는 세균의 감염에는 군집을 형성해서 항상성을 유지하고, 병원균에 대해서는 방어기전을 작동하는 것이다. 이처럼 우리몸을 숙주로 삼아 기생하고 있는 장내 세균은 우리 몸과 공생관계를 이루며 살아가고 있으며, 이는 있어도 그만, 없어도 그만인 존재가 아니라 생존을 위해 반드시 필요한 존재이다. 그동안 유전학, 분자미생물학, 면역학, 실험동물 모델, 면역진단학분야를 통해 장내 세균의 조성과 기능, 장내 세균과 면역계의 상호작용등 장내 세균의 기능이 연구되어 왔다. 즉 간, 폐, 신장과 같은 장기 못지 않게 제 3의 장기라 불리만큼 중요한 역할을 숙주인 우리에게 기여하고 있다.
- 유해균의 증식 억제 (Pathologic inhibition)
- 장벽막의 기능 강화 (Mucosal barrier)
- 대사작용 (Metabolic function)
- 면역기능의 조절 (Immune modulation)
장내 세균의 정착 #
사람이 영유아기부터 노년까지 발전하고 변화하듯 장내 세균총도 시간이 지남에 따라 변화한다. 일반적으로 자궁 내 태아의 장은 무균상태이지만 태어난 후 2일 이내에 미생물들이 장내에 자리잡게 된다. 처음에는 호기성 미생물이, 그 이후 호기성 미생물이 소화기관 내 산소를 고갈 시키게 되면 혐기성 미생물이 상륙할 수 있는 환경을 조성한다. 비피더스균, 유산균, 대장균, C.디시필리 등이 유아의 소화기관에서 보통 발견되는 혐기성 박테리아 종류들이다. 출생 후 며칠 동안 신생아가 접하는 환경이 인간의 장내 미생물군을 조성하는 결정적인 시기이며, 이 구조는 특별한 계기가 없으면 거의 평생 유지된다.
장내 세균총 구성요인 #
- 제왕절개와 자연분만: 자연분만의 경우 질을 통해 정상세균총에 노출됨으로써 신생아도 정상세균을 확보할 수 있고, 이에 따라 면역 체계 또한 정상적으로 발달한다. 반면 제왕절개는 질을 통한 정상세균총에 노출이 적기 때문에 균을 확보할 기회를 얻지 못해 면역 체계가 정상적으로 발달하기 어렵다. 따라서 장내 정상세균총들은 분만의 형태에 따라 다르게 구성되며, 이는 생후 면역 기능의 발달에 중요한 역할을 한다.
- 모유와 분유: 신생아의 장내 미생물을 결정짓는 또 하나의 요인은 수유방법이다. 모유 속에는 비피더스 균이 미생물의 89~90%를 차지하고, 락토바실러스나 박테로이드는 작은 비율로 차지한다. 또한 모유 속 20% 함유된 올리고당은 아이는 전혀 흡수하지 못하지만 아이의 장 속 비피더스균의 먹이가 된다. 반면 분유를 먹은 신생아들은 대장균, C.디시필리 균, 박테로이즈, 락토바실러스와 같은 박테리아들이 주로 장내에 서식하게 된다.
참고문헌 #
- Dominguez-Bello MG, Costello EK, Contreras M, et al. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc Natl Acad Sci U S A 2010;107:11971-11975.
- Karlsson CL, Molin G, Cilio CM, Ahrné S. The pioneer gut microbiota in human neonates vaginally born at term-a pilot study. Pediatr Res 2011;70:282-286.
- JS kim, TJ S. JK P. et al., Intestinal Microflora and Atopy Development in infants during the first Nine Months.Ann Clin Microbiol. 2014 Sep;17(3):73-79. Korean.
