“발효식품이 장내 미생물 다양화하고 염증 줄인다”

요구르트나 치즈•김치 등 많이 먹을수록 효과 높아

발효식품이 풍부한 식단은 장내 미생물군의 다양성을 향상시키고 염증을 줄이는 것으로 나타났다.

미국 스탠포드대 의대 연구팀은 36명의 건강한 성인을 대상으로 발효식품 또는 고섬유질 식품이 포함된 10주 식이 임상시험을 실시한 결과 이 같은 사실을 확인해 생명공학 저널 ‘셀’(Cell) 12일 자에 발표했다.

연구팀은 식이 임상시험 전 3주간과 임상시험 중 10주간 그리고 임상시험 뒤 원하는대로 식사를 한 4주간 동안 참가자들의 혈액과 대변 샘플을 모아 분석했다.

이번 연구에서는 발효식품과 고섬유질 식품이 장내 미생물군과 면역계에 서로 다른 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 요구르트, 우유를 발효시킨 케피어, 발효된 코티지 치즈, 김치와 다른 발효 야채, 야채 절임 음료, 콤부차 차와 같은 음식을 섭취하면 전반적으로 미생물 다양성이 향상되고, 더 많이 먹을수록 효과가 높아지는 것으로 나타났다고 전했다.

논문 공동 시니어 저자인 저스틴 소넨버그(Justin Sonnenburg) 미생물학 및 면역학 부교수는 “이는 놀라운 발견”이라며, “단순한 식단의 변화가 건강한 성인 집단의 장내 미생물군을 재현 가능하게 리모델링할 수 있다는 최초의 사례 중 하나를 제시했다”라고 밝혔다.

요구르트나 김치 등 발효식품이 풍부한 식단은 장내 미생물군의 다양성을 향상시키고 염증을 줄이는 것으로 확인됐다. 사진은 배추김치 깍두기 등 다양한 종류의 김치. © WikiCommons / National Institute of Korean Language

섬유질 풍부한 식단에서 미생물 다양성 안정적

또한 이번 임상시험의 발효음식 그룹에서는 네 가지 종류의 면역세포가 덜 활성화된 것으로 나타났다. 면역세포는 체내에 병원체가 침입하면 적절하게 활성화돼야 하지만, 과도하게 활성화되면 사이토카인 폭풍 등 큰 부작용이 생길 수 있다.

혈액 표본을 측정한 결과 19가지 염증성 단백질 수치도 줄어들었다. 이런 단백질 중 하나인 인터루킨-6는 류마티스 관절염과 제2형 당뇨병 및 만성 스트레스와 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

논문 공동 시니어 저자인 스탠포드 예방 연구센터 영양 연구 책임자인 크리스토퍼 가드너(Christopher Gardner) 교수는 “미생물군 표적(microbiota-targeted) 식단은 면역 상태를 변화시켜 건강한 성인의 염증을 줄이는 유망한 방법을 제공할 수 있다”라고 말하고, “이 같은 결과는 더 상위의 발효식품 그룹에 배정된 모든 연구 참가자들에게서 일관되게 나타났다”라고 설명했다.

이와는 대조적으로 콩과 식물, 씨앗, 통곡물, 견과류, 야채와 과일 등 고섬유질 식단 그룹에 배정된 참가자들에게서는 19가지 염증성 단백질 가운데 하나도 줄어들지 않았다.

논문 공동 시니어 저자이자 기초생명과학과 미생물학 및 면역학 선임과학자인 에리카 소넨버그(Erica Sonnenburg) 박사는 “높은 섬유질이 더욱 폭넓게 유익한 효과를 미치고 미생물 다양성을 증가시킬 것으로 기대했으나, 데이터를 확인해 보니 짧은 기간 동안 증가된 섬유질 섭취만으로는 미생물군 다양성을 증가시키기가 불충분한 것으로 나타났다”고 밝혔다.

이번 연구에는 세 명의 논문 시니어 저자를 비롯해, 해나 웨이스틱(Hannah Wastyk) 생명공학 박사과정생과 이전 스탠포드대 박사후 연구원이었다 현재 캘리포니아(샌프란시스콘) 의대 조교수로 있는 가비리엘라 프라지아다키스(Gabriela Fragiadakis) 박사가 제1저자로 참여했다.

장내 미생물군의 다양성이 낮으면 비만이나 당뇨 위험이 증가하는 것으로 알려진다. 인체 장에 서식하는 대표적인 장내 미생물인 대장균(Escherichia coli)의 주사전자현미경 사진. © Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH

“장내 미생물군 다양성 낮으면 비만 및 당뇨 위험”

이번 연구에서는 식이가 인체 면역 체계와 전반적인 건강에 영향을 미칠 수 있는 장내 미생물군을 형성한다는 광범위한 증거를 보여주었다. 가드너 교수에 따르면, 장내 미생물군 다양성이 낮은 것은 비만 및 당뇨와 관련이 있다는 것이다.

가드너 교수는 “미생물군 표적 식품이 만성 염증성 질병의 과도한 악화를 막는 수단이 될 수 있는지 테스트할 수 있는 개념 증명 연구를 수행하고자 했다”고 밝혔다.

연구팀은 섬유질과 발효식품이 잠재적인 건강상의 이점이 있다는 이전 보고서에 기인해 이번 연구에 집중했다. 고섬유질 식단은 사망률 감소와 관련이 있고, 발효식품 섭취는 체중 유지에 도움이 될 수 있으며, 당뇨병과 암 및 심혈관 질환 위험을 감소시킬 수 있다는 것이다.

이번 발견은 장내 미생물군과 면역 상태에 대해 식이가 미치는 영향에 관한 암시적인 그림을 보여준다. 먼저 발효식품 섭취를 늘린 사람들은 미생물군 다양성과 염증성 지표에서 유사한 효과를 보였으며, 이는 식이의 단기 변화가 장내 미생물군을 빠르게 변화시킬 수 있다는 이전 연구 결과와 일치한다.

두 번째로, 고섬유질 그룹에서 장내 미생물군의 제한된 변화는, 짧은 기간에 걸쳐 인체 미생물군의 일반적인 회복력에 대해 연구팀이 이전에 보고한 것과도 일치한다.

장 보호 및 면역체계 그림. 장의 미소주름(microfold) 세포는 통과세포외배출( transcytosis)을 통해 장의 내강에서 장 관련 림프 조직(GALT)으로 항원(Ag)을 전달하고 이를 다른 선천 면역세포와 적응 면역세포에 제시한다. © WikiCommons / 2n00b

식이 및 미생물 전략 제품군 설계

이번 연구 결과는 또한 섬유질 섭취가 많을수록 대변 샘플에 더 많은 탄수화물이 포함됨으로써 장내 미생물군이 불완전하게 섬유 분해를 하는 것으로 나타났다.

이는 산업화된 사회에 살고 있는 사람들의 장내 미생물군에 섬유 분해 미생물들이 고갈돼 있다는 다른 연구와도 일치하는 것이다.

에리카 소넨버그 박사는 “임상시험 기간이 더 길었다면 미생물군이 섬유소 소비 증가에 적절하게 적응할 수 있었을 것”이라며, “그 대안으로 미생물군의 탄수화물 분해 능력을 증가시키기 위해 의도적으로 섬유소-소비 미생물을 도입할 수도 있다”고 말했다.

연구팀은 이런 가능성을 탐구하는 것과 함께 식단이 미생물군을 변경하고 염증성 단백질을 감소시키는 분자 메커니즘을 조사하기 위해 생쥐를 대상으로 한 연구를 계획하고 있다.

아울러 고섬유질 식품과 발효식품이 인체 미생물군과 면역계에 시너지 효과를 발휘하는지 여부도 테스트해 볼 생각이다. 발효식품 섭취가 면역 및 대사질환자와 임산부 및 노인들의 염증을 감소시키거나 다른 건강지표를 개선하는지의 여부도 연구 목표 중 하나다.

저스틴 소넨버그 교수는 “현재 음식과 보충제로 장내 미생물군을 향상시키려는 많은 방법들이 있으나, 우리는 여러 다른 식이와 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스가 다양한 그룹의 장내 미생물군과 건강에 어떻게 영향을 미치는지를 계속 조사해 볼 계획”이라고 밝혔다.

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