인간의 몸 속에 있는 소화기관이나 호흡기, 그리고 생식기 등에는 수십억 마리의 미생물들이 서식하고 있는데, 이 같은 수많은 미생물집단을 통칭하여 마이크로바이옴(microbiome)이라 부른다.

마이크로바이옴은 비타민을 만들어 주거나 사람이 소화시킬 수 없는 탄수화물과 단백질 등을 분해하여 이들이 소화될 수 있도록 돕는 역할을 하는 것으로 밝혀졌는데, 우리가 음식을 먹고 얻는 에너지의 10~15%는 체내의 미생물들이 소화시켜 준 것으로 알려져 있다.


더군다나 최근에는 마이크로바이옴이 사람의 건강과 질병에 중요한 역할을 담당한다는 사실이 속속들이 밝혀지면서, 미국국립보건원(NIH)을 포함한 여러 글로벌 연구기관들은 미생물집단에 관한 연구 사업을 본격적으로 수행하고 있다.

NIH는 현재 특별 사업으로 HMP(Human Micrbiome Project)를 과거 5년간 수행해 오고 있으며, 유럽에서는 유럽 공동연구 사업인 MetaHIT(Metagenomics of the Human)를 진행하고 있는 등 근래 수년간에 걸쳐 마이크로바이옴 연구의 붐이 형성되고 있는 추세를 보이고 있다.

사람과 체내 미생물은 상호 공동 진화

미국이나 유럽의 연구기관들이 현재까지 추진했던 마이크로바이옴과 관련한 연구 진척에 대해 살펴보면 사람과 미생물집단과의 상관관계는 상호 공동으로 진화하면서, 질병을 예방하고 새로운 환경에 적응할 수 있도록 다양한 음식들을 소화시켜 하나의 종으로써 번식하는 것을 도와주고 있는 것으로 나타났다.

또한 마이크로바이옴은 암이나 비만, 그리고 천식과 같은 질병의 유발에도 어느 정도 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 이런 질병의 발생은 체내에 있는 정상적인 미생물집단의 구성이 어떤 외부 요인으로 인해 깨질 때 나타나는 것으로 알려졌다.

인간과 체내 미생물 간의 상호 관계와 관련하여 미 오클라호마 주립대의 연구진은 고대 인간으로부터 진화된 마이크로바이옴을 연구중에 있다. 연구진은 고대 인간의 미생물군집이 현재 과도하게 사용되고 있는 항생제와 방부제의 사용결과를 통해 어떻게 인간의 건강에 영향을 미쳤는지를 규명하고 있다.


오클라호마 주립대 분자인류학과의 세실 루이스 주니어(Cecil Lewis Jr) 교수는 본격적인 연구에 앞서, 고대 유적지 발굴지역에서 발견된 고대 인간의 배설물에 존재하는 1천년이 넘은 미생물군 데이터를 조사했다. 

루이스 교수는 “이번 연구결과를 통해 고대 인류의 내장에 존재했던 미생물군이 현대적인 삶의 스타일을 가지고 사는 사람들보다는, 농촌지역의 비문명적 공동체에서 살고 있는 사람들의 모습과 좀 더 유사하다고 볼 수 있다”고 밝혔다.

루이스 교수는 “식습관의 변화뿐만 아니라 다양한 방부제와 항생제의 사용이 체내 미생물집단에 영향을 주면서 자기면역질환의 위험이나 다른 건강상의 문제 등과 같은 대가를 치르도록 만들었을 것”이라고 추정했다.

신원을 확인하는 용도로 사용할 수도

이처럼 인간과 체내 미생물 사이의 공동 진화를 통해 이뤄진 상관관계는 질병발생의 원인을 규명하는 용도 외에도 지문처럼 사람의 신원을 확인하는 데 사용될 수 있을 것으로 보여져 관심을 모으고 있다.

최근 과학기술 전문매체인 사이언스데일리(ScienceDaily)는 인간의 몸 속에 있는 유전자 중에는 사람의 유전자보다 미생물 유전자가 훨씬 많이 포함하고 있다는 사실을 미국과 독일의 과학자들로 구성된 연구진이 밝혀냈다고 보도하면서, 이 같은 사실이 앞으로 어떻게 건강을 유지하게 되고 또는 질병을 일으키는지를 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 예측했다.

미 워싱턴대 의대와 하이델베르크대의 연구원들의 공동 연구보고서에 따르면, 다양한 약물에 반응하거나 특정한 영양소를 받아들이는 정도의 개인차가 인간의 유전자뿐만 아니라 체내에 있는 미생물 유전자의 유전적 변이 때문일 수 있는 것으로 나타났다.

이번 공동 연구의 책임자인 워싱턴대 게놈연구소의 조지 웨인스톡(George Weinstock) 교수는 체내 미생물이 가진 DNA가 인간의 게놈과 유사한 사실에 대해 “앞으로는 사람의 신원을 확인할 때, 그 사람의 몸 속에 있는 미생물의 DNA를 통해 파악할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구진은 몸 속 미생물들의 다양한 종을 분류하기 위해 미국과 유럽에 거주하는 207명으로부터 얻은 252개의 대변 샘플(stool samples)에서 미생물 DNA를 분석했다. 연구진은 그 결과 이들 미생물들이 소장하고 있는 DNA에서 1천만 개 이상의 변이를 확인할 수 있었다고 밝혔다.

이런 결과에 대해 웨인스톡 교수는 “사람의 몸 속에 존재하는 미생물의 DNA는 손가락의 지문처럼 매우 안정적이고 분명하다”며 “다시 말해 지금으로부터 1년이 지난 후에도 사람 몸 속의 미생물 DNA 유전 흔적을 통해 개개인을 구별할 수 있을 것이라는 말”이라고 전했다. 

웨인스톡 교수는 “그동안 미생물이 어떻게 우리의 삶에 관여하고 형성하는지 잘 알려져 있지 않았는데 이번 연구가 체내 미생물의 불균형이 사람의 질병에 어떤 영향을 미치는지를 알려주는 단초를 마련했다”며 “체내의 미생물 DNA는 바로 인간의 몸 속에서 진화한 미생물의 역사”라고 강조했다.

웨인스톡 교수에 따르면, 체내의 마이크로바이옴 연구를 통해 수집된 정보가 앞으로 과학자들이 미생물의 유전자가 인간의 건강과 특정 약물의 효과를 향상시키는 방법을 연구하는 데 많은 도움을 줄 수 있을 것이라고 한다.