유익한 장내 미생물은 놀라운 대사 능력을 가지고 있습니다.

전 세계적으로 2억 명의 어린이에게 영향을 미치는 아동 영양실조를 해결하기 위해 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교 의대의 연구자들은 장에 서식하는 유익한 미생물을 키우고 어린이의 성장과 건강의 다른 척도를 개선하는 치료용 식품을 개발했습니다. 하지만 이 식품 요법이 어떻게 작용하는지 이해하기 위해 의사이자 과학자인 제프리 I. 고든 박사가 이끄는 연구팀은 어린이의 장내 미생물이 요법에 어떻게 반응하는지에 집중했습니다.

최근 연구에서 연구자들은 건강한 장내 미생물을 키우도록 설계된 치료 식품을 섭취한 방글라데시 어린이들의 더 나은 성장과 관련된 특정 장내 박테리아의 잠재적으로 광범위한 효과를 발견했습니다. 이 미생물군 지향 치료 식품은 MDCF-2라고 합니다. 어린이의 장내 미생물 군집에 서식하는 박테리아 균주는 식욕, 면역 반응, 신경 기능, 병원성 박테리아의 질병 생성 능력 등 많은 중요한 기능을 조절하는 데 관여하는 핵심 분자를 ​​생산하고 대사할 수 있는 이전에 알려지지 않은 유전자를 가지고 있었습니다.

이 연구 결과는 10월 25일 저널 Science 에 게재되었습니다.

"우리가 장내 미생물 군집을 복구하여 어린이 영양실조를 치료하는 새로운 치료법을 적용함에 따라, 우리는 미생물 파트너의 내부 작용을 연구할 기회를 얻었습니다." WashU Medicine의 Edison Family Center for Genome Sciences & Systems Biology의 소장이자 Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor인 Gordon의 말입니다. "우리는 장내 미생물이 우리 생리학의 다양한 측면에 어떤 영향을 미치는지 알아내고 있습니다. 이 연구는 장내 미생물이 우리가 알지 못했던 대사 능력을 가진 뛰어난 생화학자라는 것을 보여줍니다."

연구원들에 따르면, 장내 미생물이 우리 몸에 미치는 영향을 더 잘 이해하면 인간의 건강을 유지하는 새로운 전략을 얻을 수 있고 영양실조를 넘어 다양한 질병에 대한 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 합니다.

영양실조에 걸린 방글라데시 어린이를 대상으로 치료용 식품을 무작위로 대조한 임상 시험 두 건에서 연구자들은 풍부함과 표현 기능이 연구 참여자의 성장 개선과 상관관계가 있는 미생물 군집을 확인했습니다. 이러한 유익한 유기체 중 하나는 Faecalibacterium prausnitzii 라는 박테리아입니다.

논문의 공동 1저자인 병리학 및 면역학 조교수인 Jiye Cheng 박사와 현재 워싱턴 대학교에 있는 Gordon 연구실의 전 박사후 연구원인 Sid Venkatesh 박사는 무균 상태에서 태어난 후 방글라데시 어린이의 미생물 군집에서 배양된 정의된 미생물 군집에 식민지화된 쥐를 연구했습니다. 그들은 특정 F. prausnitzii 균주를 포함하는 미생물 군집에 식민지화된 동물의 장에서 이 균주가 없는 동물과 비교했을 때 올레오일에탄올아마이드(OEA)와 팔미토일에탄올아마이드(PEA)라는 두 분자의 수치가 훨씬 낮다는 것을 발견했습니다. 이는 OEA와 PEA 가 염증, 신진대사 및 식욕을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 자연적으로 발생하는 지질 신호 분자라는 점을 감안할 때 주목할 만한 사실이었습니다.

고든의 팀은 일련의 생물정보학 및 생화학 도구를 사용하여 박테리아 균주에서 생성되고 OEA 및 PEA를 분해하는 효소인 지방산 아미드 가수분해효소(FAAH)를 식별했습니다. FAAH의 인간 버전은 엔도카나비노이드라고 하는 특정 유형의 신경전달물질을 분해하는 능력으로 널리 알려져 있으며, 그렇게 함으로써 신체 전체의 인간 생리학 측면을 조절합니다. 사실, 이 효소의 인간 버전은 만성 통증, 불안 및 기분을 비롯한 기타 신경학적 상태에서 역할을 하기 때문에 여러 조사 약물의 표적이 됩니다.

Cheng과 Venkatesh는 F. prausnitzii FAAH 효소 의 발견이 이 유형의 미생물 효소의 첫 번째 사례이며 장 내에서 OEA와 PEA를 포함한 N-아실에탄올아마이드라는 중요 분자의 수치를 조절하는 미생물의 역할을 밝혔다고 언급했습니다.

치료용 식품의 임상 시험에서 수집한 영양실조 아동의 대변 샘플을 분석한 결과, 식품 치료로 인해 OEA 수치가 감소한 반면 F. prausnitzii 의 풍부함 과 효소 발현이 증가했습니다. 이러한 결과는 이 장내 박테리아 효소가 영양실조 아동에게 바람직한 식욕 억제 화합물인 장내 OEA를 감소시킬 수 있음을 나타냅니다.

이 논문은 치료용 식품의 유익한 효과에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 것 외에도 박테리아 효소가 인간 FAAH보다 훨씬 더 광범위한 기능을 가지고 있다는 점을 설명합니다. 여기에는 지질 변형 아미노산을 합성하는 고유한 능력이 포함되며, 이 팀에서 세포의 외부 환경을 감지하는 데 관여하는 인간 수용체의 조절자로 기능하는 것으로 보여준 여러 가지 새로운 분자와 장의 면역 반응의 조절자로 기능하는 것으로 나타났습니다.

세포 기능의 중요한 조절자를 합성하는 것 외에도, 박테리아 효소는 신경 세포 간 통신에 관여하는 신경전달물질을 포함한 다른 지질 함유 신호 분자의 수치를 제어할 수 있으며, 병원성 박테리아가 감염을 조정하고 숙주의 면역 반응을 방해하는 데 사용하는 소위 쿼럼 감지 분자도 제어할 수 있습니다.

"인간과 박테리아 FAAH 효소의 구조는 매우 다릅니다. 인간 효소를 억제하는 조사 약물은 박테리아 효소에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌습니다." 고든이 말했습니다. "이것은 박테리아 효소가 생성하는 활동과 생성물을 선택적으로 조작하는 새로운 치료법을 개발하는 문을 열어줍니다. 이것은 미생물이 우리 인간 유전체에 인코딩되지 않았지만 여전히 우리 인체의 정상적인 기능에 중요한 기능을 진화시킨 방법의 예입니다. 우리는 이제 이 효소의 두 가지 다른 버전이 두 가지 다른 위치, 즉 인간 세포와 장내 미생물군에 있다는 것을 알고 있습니다."

고든과 그의 동료이자 병리학 및 면역학 교수이자 논문의 공동 저자인 마이클 배럿 박사는 이 장내 박테리아 효소의 식별이 치료적 식품 치료의 유익한 효과를 조사할 수 있는 새로운 기회를 제공한다고 강조했습니다. 배럿은 또한 정상적인 식단의 구성 요소를 처리하는 것 외에도 장에서 이와 같은 효소가 특정 경구 투여 약물에 대한 개인 간 반응의 차이를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 언급했습니다.

"이 효소의 미생물 버전이 얼마나 많은 일을 할 수 있는지 놀랍습니다." 고든이 말했다. "저희의 미래 연구에서는 다른 박테리아의 유전체에 인코딩되어 있을 수 있는 이 효소의 사촌이 FAAH를 보완하거나 완전히 다른 활동을 수행할 수 있는지 조사하는 데 관심이 있습니다. 이 유기체는 화학의 달인이고, 저희는 그들이 무엇을 할 수 있는지 막 탐구하기 시작했습니다."

Cheng, Venkatesh, Barratt 및 Gordon은 세인트루이스의 워싱턴 대학이 제출한 환자 신청서의 발명가로, F. prausnitzii FAAH의 치료적 적용을 다룹니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241024145501.htm