엄마의 장내 유익균이 신생아의 산소 환경을 견디고 무사히 아기 장에 정착하는 분자 수준의 생존 원리가 밝혀졌다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 하버드 의과대학 오성환 교수 연구팀(제1저자: 허규 하버드대 브리검 여성병원 박사)이 대표적 장내 공생균이 특정 당지질을 활용해 신생아 장 내부의 산소를 극복하고 정착하는 과정을 규명했다고 발표했다.

당지질(Glycolipid)이란, 지방(지질)에 탄수화물(당)이 결합된 분자로, 주로 세포막의 겉면에 존재하며 세포를 보호하고 신호를 주고받는 핵심 물질을 말한다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 세종과학펠로우십 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 국제학술지 ‘셀(Cell)’에 9월 1일 온라인 게재되었다.
 

장내 미생물은 출생을 전·후로 엄마로부터 아기에게 전달되어 초기 장내 미생물 생태계를 형성한다. 그러나 갓 태어난 아기의 장은 성인과 달리 일시적으로 산소가 존재하는 환경이며, 이는 산소에 취약한 대부분의 유익균에게 매우 치명적인 생존 장벽이 된다. 

출생 직후 초기 장내 미생물 환경이 제대로 형성되지 못하면 아기의 평생 면역 질환이나 대사 건강에 악영향을 미칠 수 있어, 엄마의 유익균이 이 위험한 환경을 극복하고 무사히 정착하는 정확한 원리를 밝혀내는 연구가 꼭 필요했다.

연구팀은 대표적인 장내 공생균인 박테로이데스 프라질리스(Bacteroides fraglis)가 다른 여러 장내세균보다 출생 초기에 빠르게 정착하는 특성에 주목하고, 그 원인이 되는 분자적 기전을 추적했다. 

연구팀은 이 세균이 산소에 노출되면 알파갈락토실세라마이드(이하 BfaGC)라는 세포막 당지질의 생산을 스스로 크게 늘린다는 사실을 확인했다. BfaGC를 만들지 못하는 균주는 엄마에서 신생아로 자연스럽게 전달되는 과정에서 초기 정착 능력이 크게 떨어졌다. 

이 지질은 세포막을 촘촘하게 감싸 세균 내부의 에너지가 밖으로 세어나가는 것을 막아주는 에너지 방패 역할을 함으로써, 균이 산소 스트레스 속에서도 에너지를 효율적으로 보존하며 살아남게 해준다. 

나아가 이렇게 증가한 지질 물질은 세균 자신의 생존에 그치지 않고, 신생아의 장내 면역세포 발달을 직접 자극하여 미생물 정착과 숙주의 면역 완성을 동시에 이루어내는 것으로 밝혀졌다.

이번 연구는 장내 공생균의 세대 간 전달과 초기 정착을 결정하는 분자 원리를 규명함으로써, 생애 초기 마이크로바이옴 형성과 숙주-미생물 공생을 이해하는 새로운 연구 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다. 

오성환 교수는 “이번 연구는 엄마의 상재균이 아기에게 전달되어 정착하는 중요 기전을 찾은 것”이라며, “모체나 신생아의 미생물 대사를 조절해 건강한 장내 생태계를 재구성하는 마이크로바이옴 기반 치료제 개발에 기여할 것이다”라고 전했다.

글. 우정남 기자 insigt1592@gmail.com