마이크로바이옴 조절을 통한 감기 저항성 증진 연구

마이크로바이옴과 감기 저항성의 연관성

최근 연구에서 마이크로바이옴이 숙주의 건강에 미치는 영향이 광범위하게 밝혀지고 있으며, 특히 저온 환경에 대한 적응과 호흡기 감염에 대한 방어 기작에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타나고 있다. 마이크로바이옴은 모든 다세포 생물의 건강에 핵심적인 역할을 담당하며, 환경 적응 과정에서도 중요한 기능을 수행한다. 특히 저온 노출 시 마이크로바이옴 구성이 뚜렷하게 변화하는데, 이를 '냉기 마이크로바이옴(cold microbiota)'이라고 부른다. 연구에 따르면 이러한 냉기 마이크로바이옴을 무균 마우스에 이식했을 때 숙주의 인슐린 감수성이 증가하고 저온 내성이 향상되었으며, 특히 백색 지방의 갈색화를 촉진함으로써 에너지 소비 증가와 체지방 감소를 유도하는 것으로 나타났다. 이는 마이크로바이옴이 단순히 공생 관계를 넘어 숙주의 생리적 적응에 직접적으로 기여한다는 증거이다. 또한 호흡기 점막에서도 공생 세균이 인플루엔자 바이러스 감염 후 바이러스 특이적 CD4 및 CD8 T세포 생성과 항체 반응에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀져, 마이크로바이옴이 저온 적응과 호흡기 감염 방어 모두에서 핵심적인 요소임을 시사한다.

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다양한 생물에서 발견된 냉기 적응 미생물군

여러 생물종에서 저온 적응을 돕는 특이적인 미생물군이 발견되고 있다. 남극에 서식하는 다모류 웜(polychaetes)의 경우, 메이오테르무스(Meiothermus)와 아녹시바실러스(Anoxybacillus) 등의 박테리아와 공생 관계를 형성하고 있는데, 이 박테리아들은 세포와 조직 내 얼음 형성을 방지하고 어는점을 낮추는 기능을 담당한다. 이러한 박테리아들은 유전적으로 다양한 온도 조건에서 생존할 수 있는 넓은 가소성을 가지고 있으며, 효소와 대사산물을 생산하여 숙주의 냉기 보호 단백질 포트폴리오에 기여한다. 메이오테르무스와 아녹시바실러스는 숙주와 긴밀한 관계를 발전시켜 남극 다모류가 영하의 온도에 더 잘 적응할 수 있도록 돕는다. 열대 틸라피아를 대상으로 한 연구에서도 냉기 내성에 대한 유전적 선택이 마이크로바이옴 구성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 저온 저항성 물고기의 마이크로바이옴은 온도 변화에 대한 회복력이 더 높았으며, 이는 마이크로바이옴이 숙주의 선택에 의해 형성된다는 증거이다. 또한 염증성 사이토카인 및 면역글로불린과 긍정적으로 상관관계를 보이는 알리스티페스(Alistipes), 박테로이데스(Bacteroides), 블라우티아(Blautia) 등의 프로바이오틱스는 면역조절 특성을 가지고 있어 냉기 스트레스에 대한 내성을 향상시키는 데 잠재적 역할을 할 수 있다.

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장내 마이크로바이옴의 체온 조절 기능

장내 마이크로바이옴은 숙주의 에너지 항상성 조절에 중요한 역할을 담당하며, 이는 저온 적응 과정에서 특히 중요하다. 연구에 따르면 저온 노출 동안에는 장내 마이크로바이옴의 구성이 크게 변화하는데, 이러한 변화는 백색 지방의 갈색화를 촉진하여 에너지 소비를 증가시키고 체지방 감소를 유도한다. 그러나 장기간의 저온 노출에서는 체중 감소가 완화되는데, 이는 최대한의 열량 흡수를 위해 장, 융모 및 미세융모의 길이가 증가하는 적응 메커니즘 때문이다. 이러한 증가된 흡수 표면은 냉기 마이크로바이옴과 함께 전달될 수 있으며, 이는 조직 리모델링을 촉진하고 세포 사멸을 억제하는 장 유전자 발현 변화로 이어진다. 흥미롭게도 이러한 효과는 냉기에 의해 가장 많이 감소하는 균주인 아커만시아 무시니필라(Akkermansia muciniphila)를 냉기 마이크로바이옴과 함께 이식했을 때 감소했다. 돼지를 대상으로 한 연구에서도 장 마이크로바이옴-혈액-간 및 지방 축이 저온 적응 동안 체온 조절을 조절할 수 있음이 밝혀졌다. 장내 마이크로바이옴의 기능적 변화를 분석한 결과, 저온 스트레스 하에서는 신호 전달 및 세포 과정 경로에 속하는 부착, 포자 발아, 운동성 기능이 감소하는 반면, 유전 정보 처리와 관련된 기능은 저온 스트레스에서 증가하는 경향을 보였다.

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마이크로바이옴과 면역 체계의 상호작용

마이크로바이옴은 호흡기 점막을 포함한 다양한 점막 표면에서 면역 반응을 형성하는 데 중요한 역할을 한다. 연구에 따르면 공생 세균은 호흡기 인플루엔자 바이러스 감염 후 바이러스 특이적 CD4 및 CD8 T세포 생성과 항체 반응에 중요하다. 항생제 처리를 통해 특정 세균군을 제거했을 때, 폐에서의 면역 반응이 저하되었으며, 이는 네오마이신에 민감한 박테리아가 폐에서의 생산적인 면역 반응 유도와 연관되어 있음을 시사한다. 특히 정상적인 마이크로바이옴은 정상 상태에서 프로-IL-1β와 프로-IL-18 mRNA의 발현에 필요한 신호를 제공한다. 인플루엔자 바이러스 감염 후에는 인플라마좀 활성화가 일어나 수지상 세포(DCs)가 폐에서 배수 림프절로 이동하고 T세포 프라이밍이 이루어진다. 항생제로 처리된 생쥐에서 TLR 리간드의 국소 또는 원위 주사는 면역 장애를 회복시킬 수 있었다. 이는 마이크로바이옴이 인플라마좀 의존적 사이토카인 활성화에 필요한 신호(신호 1)를 제공하며, 이것이 호흡기 감염에 대한 면역 방어에 핵심적임을 보여준다. 이러한 결과는 장내 마이크로바이옴의 기여가 장 점막을 넘어 전신적인 면역 상태 유지에까지 확장된다는 것을 시사한다.

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결론: 감기 저항성 증진을 위한 마이크로바이옴 조절 전략

마이크로바이옴 연구를 통해 저온 적응과 호흡기 감염에 대한 저항성을 증진시키는 새로운 전략이 가능해지고 있다. 남극 무척추동물에서 발견된 냉기 보호 기능을 가진 메이오테르무스와 아녹시바실러스 같은 박테리아는 냉동 보존 도구 개발을 위한 생명공학적 응용 가능성을 제시한다. 장내 마이크로바이옴 이식을 통한 대사 조절은 저온 내성 향상과 에너지 항상성 유지에 도움을 줄 수 있으며, 특히 백색 지방의 갈색화를 촉진하는 미생물 군집의 활용이 유망하다. 알리스티페스, 박테로이데스, 블라우티아와 같은 특정 프로바이오틱스는 면역 조절 특성을 통해 저온 스트레스에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 호흡기 감염에 대한 방어를 위해서는 인플라마좀 활성화에 필요한 신호를 제공하는 공생 세균의 보존이 중요하며, 항생제 사용 시 이러한 미생물 군집의 균형이 방해받지 않도록 주의가 필요하다. 또한 TLR 리간드 기반 요법은 마이크로바이옴 교란으로 인한 면역 기능 저하를 회복시킬 수 있는 가능성을 제시한다. 프로바이오틱스 요법은 감기 시즌 동안 면역 자극 효과를 위해 탐색될 수 있으며, 마이크로바이옴의 섬세한 조절을 통해 저온 적응과 호흡기 감염에 대한 저항성을 향상시키는 통합적 접근법이 미래 연구의 방향이 될 것이다.

 

 

출처 : The Journal of Allergy and Clinical Immunology (2022). 코 온도 감소와 면역 반응의 상관관계 연구. Patel, Z. (2022). 기온 변화와 호흡기 면역 반응에 관한 연구. Stanford University School of Medicine. Pawlowski, T. (2023). 기후 변화와 여행 안전에 관한 분석. Center for Resilient Cities and Landscapes, Columbia University. Singh, J. (2024). 기후 변화 간 여행과 면역 체계 영향에 관한 연구. One Oak Medical. UKHSA (2024). 기후 변화와 매개체 매개 질병 전파 양상 연구.