폐 마이크로바이옴 발견과 중요성

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폐 마이크로바이옴은 천식, 알레르기, 심지어 암과 같은 질병 발병에 영향을 미칠 수 있다. 이번 글에서 자세히 알아보자.

검토 및 승인: 의사 Diego Pereira.

마지막 업데이트: 09 6월, 2023

폐 마이크로바이옴은 폐 미생물군과 혼동되는 경향이 있지만 미묘한 차이가 있다. 폐 미생물총은 기도를 점유하는 미생물 집합을 말하지만 마이크로바이옴은 미생물군에 존재하는 모든 유전 물질이다. 다음에서 폐 마이크로바이옴 정의와 중요성을 이야기하겠다.

최근까지 폐는 무균 기관으로 생각되었지만 최근 연구에서는 폐에도 균이 존재한다는 사실이 밝혀졌다.

폐 마이크로바이옴의 중요성이 더 커지고 있다. 그 이유는 암이나 급성 호흡 곤란 증후군과 같은 수많은 병리학에 영향을 미치기 때문이다.

‘휴먼 마이크로바이옴 프로젝트’란?

얼마 전까지만 해도 폐는 무균 기관으로 여겨졌다. 즉, 생리적 조건에서 내부에 박테리아나 다른 미생물이 없다고 생각됐지만 장내 미생물군이 발견된 후 폐 마이크로바이옴 존재가 드러났다.

‘Gut Microbiota for Health’ 간행물에 보고된 휴먼 마이크로바이옴 프로젝트는 미국 국립 보건원(NIH)에서 시작했다. 이 프로젝트의 목표는 인간종과 관련된 미생물, 즉, 유기체와 상호 작용하는 모든 것을 식별하는 것이었다.

그 이유는 마이크로바이옴이 질병과 건강 자체 모두에 연결될 수 있다고 알려져 있기 때문이다. 대규모 투자를 받은 이 프로젝트에는 5년 동안 진행됐다.

목표는 인간 마이크로바이옴의 특정 변경이 건강을 어떻게 해칠 수 있는지 시험하는 것이었다. 연구진은 특히 폐 및 장내 마이크로바이옴을 연구하기 시작했다.

장내 미생물군은 염증성 장 질환과 중요하고 직접적인 관계가 있어서 식이요법이나 심지어 유전학과 같은 요인의 영향을 받는다.

휴먼 마이크로바이옴 프로젝트에서 더 구체적인 연구도 등장했다. 장기에 있는 특정 미생물 집단과 특정 질병의 연관성을 입증하는 것이 목표다.

휴먼 마이크로바이옴 프로젝트는 과학적 발전으로 가능해졌다. 균 유전체학 및 전체 게놈 시퀀싱과 같은 기술로 미생물 군집을 특성화하게 된 것이다.

폐 마이크로바이옴의 발견은 지연되었는데 건강한 폐는 무균 상태라고 생각하는 경향이 있었기 때문이다. 또한 하기도에 쉽게 접근할 수 없어서 시료를 얻는 데 어려움이 있었다.

그러나 이러한 장애를 극복하는 새로운 기술이 개발되었으며 원핵 세포의 구성 요소인 16S rRNA 유전자의 높은 처리량 시퀀싱을 기반으로 한다.

따라서 이 유전자의 염기서열을 분석하면 세균의 계통 발생 수를 재구성하여 정확한 세균 동정이 가능해진다. 이것은 박테리아 대부분의 진화 속도가 매우 낮기 때문이며 Hospital Clínico de San Carlos에서 수행된 연구로 설명됐다.

요컨대 폐에는 매우 다양한 미생물이 존재하며 폐를 양호한 상태로 유지하는 데 기여한다.

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폐 마이크로바이옴은 상당히 중요하다. ‘Cellular and Molecular Life Sciences’에 발표된 연구에 따르면 폐 마이크로바이옴은 면역을 촉진하여 제어할 수 없는 염증 반응을 예방하는 데 도움이 된다.

무해한 자극과 접촉했을 때 폐 손상을 예방하는 폐 마이크로바이옴 구성은 폐암 같은 특정 병리의 발달에 결정적인 요인으로 작용한다. 질환 진행과 치료에도 영향을 미칠 수 있다.

기도에 영향을 미치는 만성 염증성 질환인 천식도 마찬가지다. 따라서 폐 마이크로바이옴은 발작을 유발하거나 발병 원인이 될 수 있다.

아직 정확한 기본 메커니즘은 알려지지 않았지만 알레르기 및 급성 호흡 곤란 증후군과도 관련이 있다.

장내 마이크로바이옴은 폐 마이크로바이옴보다 더 많이 연구되었다. ‘Spanish Society of Pneumology and Thoracic Surgery’ 간행물에서 지적한 것처럼 장내 마이크로바이옴이 더 풍부하여 시료를 얻기 쉽기 때문이다.

그러나 최신 연구에 따르면 두 미생물 군집은 상호 작용한다. 폐와 장내 마이크로바이옴 모두 면역 체계에 영향을 미친다고 추정된다.

장내 마이크로바이옴은 폐 수준에서 작용을 발휘하는 대사 산물을 생성한다. 특히 섬유질 소화 또는 발효로 아세테이트 및 프로피오네이트와 같은 단쇄 지방산을 합성한다.

이 지방산은 염증 반응을 조절하기도 한다. 염증은 면역 체계를 작동시키는 과정으로 일부 폐 질환자는 이러한 지방산 수치가 낮다.

헬리코박터 파일로리라는 박테리아에서도 비슷한 현상이 발생한다. 매우 높은 비율로 소화계에 존재하는 미생물로 아동 건강 보호 효과가 있다. 헬리코박터 파일로리가 있는 아동은 천식과 알레르기로 고통받을 위험이 적다.

반대로, 장내 특정 박테리아 종의 개체수가 감소하면 알레르기에 대한 소인이 더 커진다.

과학자들은 건강한 폐 마이크로바이옴을 유지하는 방법을 정확히 알지 못한다.

장내 마이크로바이옴과 폐 마이크로바이옴은 연관되어 있으며 식습관, 생활 방식, 특정 물질에 대한 노출이 결정적인 역할을 한다.

장내 마이크로바이옴은 프로바이오틱스와 프리바이오틱스에 크게 영향을 받는다. 이러한 요소를 포함하는 식단을 지키면 면역 체계를 강화하고 폐 마이크로바이옴을 개선할 수 있다.

섬유질도 적당량 섭취하는 것이 좋다. 수용성 섬유질이 풍부한 식품의 소화는 짧은 사슬 지방산의 합성을 촉진한다.

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얼마 전까지 폐는 무균 기관으로 생각되었지만 지금은 수많은 미생물이 존재한다는 사실이 밝혀졌다.

세균 개체군 변화는 폐암이나 천식 발병 및 치료에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 폐 마이크로바이옴의 존재는 의학적으로 무척 중요하다.

더 많은 연구가 필요하지만 폐 마이크로바이옴은 만성 호흡기 질환 치료 및 연구 가능성에 새로운 지평을 열었다.