비즈니스 기회
특정 장내 미생물이 심장질환 위험을 낮춘다
장내 마이크로바이옴의 변화는 제2형 당뇨병, 비만, 염증성 장 질환 등 다양한 질병과 관련이 있습니다. 매사추세츠 종합병원과 함께 MIT와 하버드의 브로드 연구소 연구팀은 “장내 미생물이 심혈관 질환에도 영향을 미칠 수 있다”는 사실을 발견했습니다.
셀(Cell)에 발표된 연구에서 연구팀은 장에서 콜레스테롤을 섭취하고 사람들의 콜레스테롤과 심장질환 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있는 특정 종의 박테리아를 확인했습니다.
Ramnik Xavier의 연구실, Broad의 대사체학 플랫폼 및 공동 연구자들은 심혈관 질환의 위험 요인에 초점을 맞춘 수십 년 간의 프로젝트인 Framingham Heart Study에 참여한 1,400명 이상의 참가자로부터 대사 산물과 미생물 게놈을 분석했습니다.
연구팀은 “오실리박터(Oscillibacter)라는 박테리아가 주변의 콜레스테롤을 흡수하고 대사하며, 장내 미생물 수치가 높은 사람들은 콜레스테롤 수치가 낮다”는 사실을 발견했습니다. 그들은 또한 박테리아가 콜레스테롤을 분해하는 데 사용할 가능성이 있는 메커니즘을 확인했습니다.
이 결과는 “마이크로바이옴을 특정 방식으로 조작하는 개입이 언젠가는 사람들의 콜레스테롤을 줄이는 데 도움이 될 수 있음”을 시사합니다. 이 발견은 또한 마이크로바이옴의 변화가 건강과 질병에 어떤 영향을 미치는지에 대한 보다 표적화된 연구를 위한 토대를 마련합니다.
"우리의 연구는 심혈관 건강을 개선하기 위한 출발점 역할을 할 실행 가능한 기계론적 통찰력을 얻을 수 있도록 인간 피험자의 발견과 실험적 검증을 통합합니다"라고 Broad의 핵심 연구소 회원이자 면역학 프로그램 책임자이자 전염병 및 마이크로바이옴 프로그램의 공동 책임자인 Xavier는 말했습니다.
콜레스테롤 신호
지난 10년 동안 다른 연구자들은 장내 마이크로바이옴의 구성과 심혈관 질환의 요소(예: 식후 트리글리세라이드 및 혈당 수치) 사이의 연관성을 밝혀냈습니다. 그러나 과학자들은 장내 대사 경로에 대한 완전한 이해가 부족하기 때문에 치료법과의 연관성을 목표로 삼을 수는 없었습니다.
새로운 연구에서 브로드 팀은 장내 미생물이 신진대사에 미치는 영향에 대한 보다 완전하고 상세한 그림을 얻었습니다. 연구진은 샘플의 모든 미생물 DNA를 프로파일링하는 샷건 메타게놈 염기서열 분석과 수백 개의 알려진 대사 산물과 수천 개의 알려지지 않은 대사 산물의 수준을 측정하는 대사체학을 결합했습니다. 그들은 이 도구를 사용하여 프레이밍햄 심장 연구(Framingham Heart Study)의 대변 샘플을 연구했습니다.
Stražar는 "프로젝트 결과는 선별된 고품질 환자 데이터의 중요성을 강조합니다. 이를 통해 우리는 정말 미묘하고 측정하기 어려운 효과를 기록하고 직접 후속 조치를 취할 수 있었습니다."라고 말했습니다.
이 접근법은 미생물과 대사 형질 사이의 16,000개 이상의 연관성을 밝혀냈는데, 그 중 하나는 특히 강력했습니다. 오실리박터(Oscillibacter) 속의 여러 종의 박테리아를 가진 사람들은 박테리아가 없는 사람들보다 콜레스테롤 수치가 낮았습니다. 연구진은 오실리박터(Oscillibacter) 속의 종들이 박테리아 100마리당 평균 1개꼴로 장에 놀라울 정도로 풍부하다는 것을 발견했습니다.
연구진은 미생물이 콜레스테롤을 분해하는 데 사용하는 생화학적 경로를 알아내고자 했습니다. 이를 위해서는 먼저 실험실에서 유기체를 배양해야 했습니다. 다행히도 이 실험실은 수년 동안 대변 샘플에서 박테리아를 수집하여 오실리박터(Oscillibacter)를 포함하는 독특한 라이브러리를 만들었습니다.
박테리아를 성공적으로 성장시킨 후, 연구팀은 박테리아에서 콜레스테롤 대사의 가장 가능성 있는 부산물을 식별하기 위해 질량 분석법을 사용했습니다. 이를 통해 박테리아가 콜레스테롤 수치를 낮추기 위해 사용하는 경로를 결정할 수 있었습니다.
그들은 박테리아가 콜레스테롤을 중간 생성물로 전환시킨 다음 다른 박테리아에 의해 분해되어 몸에서 배설될 수 있다는 것을 발견했습니다. 다음으로, 연구팀은 기계 학습 모델을 사용하여 이 생화학적 전환을 담당하는 후보 효소를 식별한 다음 실험실의 특정 오실리박터에서 이러한 효소와 콜레스테롤 분해 산물을 특이적으로 검출했습니다.
연구팀은 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 기여하는 또 다른 장내 세균 종인 유박테리움 코프로스타놀리게네스(Eubacterium coprostanoligenes)를 발견했습니다. 이 종은 과학자들이 이전에 콜레스테롤 대사에 관여한다는 것을 보여준 유전자를 가지고 있습니다.
새로운 연구에서 연구팀은 유박테리움이 콜레스테롤 수치에 오실리박터와 시너지 효과를 낼 수 있다는 것을 발견했으며, 이는 박테리아 종의 조합을 연구하는 새로운 실험이 인간의 건강에 영향을 미치기 위해 서로 다른 미생물 군집이 어떻게 상호 작용하는지 밝히는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.
미생물 메시지
인간 장내 마이크로바이옴에 있는 유전자의 대다수는 아직 규명되지 않았지만, 연구팀은 콜레스테롤 대사 효소를 정확히 찾아내는 데 성공함으로써 장내 미생물의 영향을 받는 다른 유사한 대사 경로를 발견할 수 있는 길을 열었다고 확신합니다.
"미생물이 서로 그리고 장과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 많은 이해 없이 분변 마이크로바이옴 전달 연구를 수행하려는 많은 임상 연구가 있습니다"라고 Li는 말했습니다. "바라건대 한 가지 특정 미생물이나 유전자에 먼저 초점을 맞춰 한 걸음 물러서서 장 생태학에 대한 체계적인 이해를 얻고 하나 또는 몇 개의 미생물을 표적으로 삼는 것과 같은 더 나은 치료 전략을 제시할 수 있기를 바랍니다."
리 교수는 "장내 마이크로바이옴에는 알려지지 않은 유전자가 많기 때문에 대사 기능을 예측하는 능력에 격차가 있다"고 덧붙였습니다.
"우리의 연구는 추가적인 스테롤 대사 경로가 장내 미생물에 의해 변형될 수 있는 가능성을 강조합니다. 미생물이 숙주와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 기계론적 이해에 더 가까이 다가갈 수 있는 새로운 발견이 많이 있을 수 있습니다."
이상의 기사는 2024년 4월 2일 MedicalXpress에 게재된 “Scientists link certain gut bacteria to lower heart disease risk”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 추가 정보 : https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)00305-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867424003052%3Fshowall%3Dtrue
* 정보 출처 : https://medicalxpress.com/news/2024-04-scientists-link-gut-bacteria-heart.html