Reconsidering the Use of Dimethyl Sulfoxide for Xenobiotic-Gut Microbiota Interaction Studies
이 연구는 외생적 물질-장내 미생물군 연구에서 용매로 흔히 사용되는 디메틸 설폭사이드(DMSO)가 미생물 대사를 독립적으로 변화시키고 *Desulfovibrio desulfuricans*를 풍부하게 함으로써, 아플라톡신 B1 및 푸모니신 B1과 같은 독소에 관한 실험 결과의 해석을 잠재적으로 혼란스럽게 할 수 있음을 밝히고 있다.
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인체 내부에서 소화관은 단순히 음식을 처리하는 관에 불과한 것이 아니라, 북적이고 밀도가 높은 생태계입니다. 그곳에는 장내 미생물군집이라고 통칭되는 수조 개의 미세한 유기체들이 살며, 숙주가 영양분을 소화하고 면역 체계를 훈련하며 심지어 뇌와 소통하는 것을 돕기 위해 복잡한 공동체를 이루어 활동합니다. 이 작은 거주자들은 환경에 매우 민감합니다. 약물, 오염 물질, 또는 식품 내 오염 물질 등 외부 화학 물질이 몸속으로 들어오면, 이 섬세한 균형을 깨뜨려 잠재적으로 질병을 유발할 수 있습니다. 이러한 화학 물질이 장내 미생물에 어떤 영향을 미치는지 이해하기 위해, 과학자들은 종종 실험실에서 미생물군집을 연구합니다. 그들은 유리 용기에 인간의 장내 박테리아 샘프를 배양하고, 특정 화학 물질을 첨가하여 공동체가 어떻게 반응하는지 관찰합니다. 그러나 이러한 화학 물질 중 상당수는 물에 잘 녹지 않기 때문에, 연구자들은 화학 물질을 배양액에 넣기 위해 먼저 액체 용매에 혼합해야 합니다. 수십 년 동안 디메틸설폭사이드(DMSO)라는 화학 물질이 이 작업의 표준적인 선택지로 사용되어 왔습니다. DMSO는 까다로운 물질을 녹이는 데 강력한 능력을 갖추고 있으며, 과학자들은 적은 양을 사용할 때 이것이 박테리아를 돕기 위한 목적을 방해하지 않는, 단지 조용히 운반 역할만 하는 화학적으로 불활성인 물질이라고 일반적으로 가정해 왔습니다.
새로운 연구는 이러한 오랜 가설에 이의를 제기하며, 용매 자체가 방 안에서 가장 큰 목소리를 내는 주인공일 수 있음을 밝혀냈습니다. 애리조나 주립 대학교의 연구진은 두 가지 흔한 식품 오염 물질인 아플라톡신 B1과 푸모니신 B1에 장내 미생물군집이 어떻게 반응하는지 테스트하기 위해 연구를 수행했습니다. 이들은 옥수수와 같은 작물을 자주 오염시키는 곰팡이가 생성하는 독성 물질입니다. 이들을 연구하기 위해 연구팀은 16일 동안 통제된 무산소 환경에서 인간의 장내 박테리아를 배양했습니다. 그들은 다양한 저농도로 독소를 첨가하였으며, 이때 독소를 DMSO에 녹였습니다. 결정적으로, 연구진은 독소 없이 DMSO에만 노로출된 대조군과 DMSO가 전혀 포함되지 않은 그룹도 함께 포함했습니다. 이러한 설정은 독소의 효과와 용매의 효과를 분리할 수 있게 해주었습니다. 결과는 놀라웠습니다. 독소 자체는 미미하고 일시적인 변화만을 일으킨 반면, DMSO의 존재는 박테리아 공동체에 거대한 변화를 촉발했습니다. 시간이 흐름에 따라 DMSO는 강력한 선택적 힘으로 작용하여, 특정 유형의 박테리아인 데설포비브리오 데설푸리칸스(Desulfovibrio desulfuricans)가 급격히 증식하여 배양액을 지배하게 만들었습니다. 이러한 급증은 독소의 양과 관계없이 발생했으며, 이는 독소가 아닌 용매가 생물학적 변화를 주도했음을 시사합니다.
이러한 용매에 의한 변화의 영향은 단순히 박테리아의 수에 그치지 않고, 장내 화학 성분 자체를 변화시켰습니다. DMSO가 포함된 그룹의 박테리아는 용매가 없는 경우와 비교했을 때 다른 양의 가스와 지방산을 생성했습니다. 구체적으로, DMSO의 존재는 메탄 생성을 크게 감소시키고 이산화탄소를 증가시켰으며, 장 세포에 에너지를 공급하는 유익한 지방산의 수치 또한 변화시켰습니다. 연구진은 박테리아가 DMSO를 먹이 또는 에너지원으로 사용했을 가능성이 높다고 보았는데, 이러한 대사 과정이 전체 공동체의 행동을 변화시킨 것입니다. 이 변화는 모든 독소 그룹에서 매우 심대하고 일관되게 나타났기 때문에, 독소가 미칠 수 있는 특정한 효과를 효과적으로 가려버렸습니다. 즉, 만약 과학자가 DMSO가 포함된 시험관에서 자란 박테리아만을 관찰했다면, 실제로는 용매가 주요 원인임에도 불구하고 이를 독소의 효과라고 잘못 결론 내렸을 수도 있습니다.
이 발견은 과거의 많은 연구가 화학 물질이 장과 어떻게 상호작용하는지 조사하는 과정에서 재검토될 필요가 있음을 시사합니다. 만약 연구자들이 용매가 없는 대조군을 포함하지 않았다면, 그들은 의도했던 물질이 아니라 운반 액체의 효과를 관찰하고 있었던 것일 수 있습니다. 이 연구는 실험에 사용된 농도의 DMSO가 인체 건강에 위험하다고 주장하는 것이 아니라, 용매가 미생물군집에 보이지 않는다는 가정에 대한 결정적인 결함을 강조합니다. 연구진은 살아있는 동물이나 인간의 경우, 신체가 용매를 빠르게 처리하여 이러한 변화를 방지할 수 있다고 지적합니다. 하지만 용매가 박테리아와 직접 맞닿아 있는 유리 병 안에서는 그 영향력이 명백합니다. 연구는 우리가 오염 물질이나 약물이 우리의 내부 생태계에 어떻게 영향을 미치는지 진정으로 이해하기 위해서는, 과학자들이 먼저 용매를 엄격하게 테스트해야 한다고 결론짓습니다. 그들은 화학 물질을 전달하기 위해 사용하는 도구가 의도치 않게 그들이 말하고자 하는 이야기를 다시 써버리지 않도록 보장해야 합니다.
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