Ethnic differences in gut microbiota composition and functional capacity persist over six years in the HELIUS multi-ethnic longitudinal cohort

인간의 장 내부에는 음식 소화를 돕고, 면역 체계를 훈련하며, 질병으로부터 몸을 보호하기 위해 끊임없이 노력하는 박테리아, 바이러스, 곰팡이로 이루어진 거대하고 보이지 않는 생태계가 존재합니다. 미생물군집(microbiome)이라 불리는 이 공동체는 모든 사람에게 동일하지 않습니다. 이는 유전, 식단, 생활 방식, 그리고 거주 지역의 복잡한 혼합에 의해 형성되며 사람마다 크게 다릅니다. 수십 년 동안 과학자들은 서로 다른 민족적 배경을 가진 사람들이 같은 도시에 살며 비슷한 음식을 섭취하더라도 종종 구별되는 독특한 미생물 집단을 보유하고 있다는 사실을 관찰해 왔습니다. 이러한 차이는 단순한 생물학적 호기심을 넘어, 왜 특정 민족 집단이 심장병이나 당뇨병의 위험에 더 높게 노출되는지를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 한 가지 중요한 질문이 해결되지 않은 채 남아 있었습니다. 만약 서로 다른 배경을 가진 사람들이 수년 동안 같은 도시 환경에서 함께 산다면, 그들의 장내 미생물은 결국 하나로 섞이게 될까요, 아니면 고유한 상태를 유지할까요?

이를 밝히기 위해 연구진은 네덜란드 암스테르담에서 진행 중인 장기 연구인 HELIUS에 주목했습니다. 이 연구는 네덜란드인, 아프리카계 수리남인, 남아시아계 수리남인, 가나인, 터키인, 모로코인 등 6개 서로 다른 민족 집단의 수천 명을 추적 조사합니다. 연구팀은 연구 시작 시점에 약 2,000명의 참가자로부터 대변 샘토를 채취한 후 6년 뒤에 다시 채취했습니다. 이 샘플들에 담긴 유전 물질을 분석함으로써, 그들은 미생물 공동체가 시간이 흐름에 따라 어떻게 변화하는지 정확하게 추적할 수 있었습니다. 연구진은 존재하는 박테리아의 유형, 해당 박테리아의 특정 균주, 그리고 음식을 분해하거나 항생제에 저항하기 위해 미생물이 사용하는 기능적 도구들을 살펴보았습니다. 목표는 서구식 도시에서 반 세기 동안 생활하는 것이 이들 집단 사이의 뿌리 깊은 차이를 지우기에 충분한지를 확인하는 것이었습니다.

연구 결과, 장내 미생물군은 역동적이고 끊임없이 변화하지만, 민족 집단 간의 차이는 놀라울 정도로 완강하다는 사실이 드러났습니다. 6년의 기간 동안 연구진은 특히 모로코계 미생물이 다른 집단보다 더 많이 변화하는 것을 관찰한 반면, 네덜란드인과 남아시아계 수리남인은 비교적 안정적인 상태를 유지한다는 것을 발견했습니다. 이러한 개별적인 변화에도 불구하고, 각 민족 집단의 독특한 미생물 특징은 지속되었습니다. 암스테르담에서 수십 년을 거주한 후에도, 남아시아계 수리남인 참가자의 장내 박테리아는 네덜란드인 참가자의 것과 여전히 명확히 달랐습니다. 연구팀은 만약 이러한 차이가 관찰된 속도로 사라진다면, 그룹 간의 차이가 처음의 절반 수준으로 줄어드는 데 약 20년이 걸릴 것이라고 계산했습니다. 이는 미생물군집을 형성하는 힘, 즉 오랜 문화적 식습관, 가족 전통, 그리고 아마도 주거 환경이나 유아기 노출 요인과 같은 요소들이 6년이라는 기간 동안 공유된 도시 환경의 영향력보다 훨씬 강력하다는 것을 시사합니다.

또한 연구진은 개인의 장을 변화시키는 동력이 민족성보다는 건강 상태와 약물 사용에 더 가깝다는 것을 발견했습니다. 제2형 당뇨병이 발생했거나 고혈압 또는 당뇨병 치료제와 같은 특정 약물을 복용하기 시작한 참가자들은 시간 경과에 따라 미생물 공동체에서 훨씬 더 큰 변화를 보였습니다. 예를 들어, 당뇨병 환자들은 당뇨가 없는 사람들에 비해 장내 박테리아의 회전율(turnover)이 훨씬 더 극적으로 나타났습니다. 이는 민족성이 사람의 장이 어떤 모습일지에 대한 무대를 설정한다면, 주요 건강 사건과 의학적 처치는 그 연극에서 가장 큰 변화를 일으키는 배우라는 점을 나타냅니다.

더 깊이 파고든 연구팀은 Alistipes putredinis라는 종에 집중했는데, 이 종은 매우 흥미로운 변화 패턴을 보여주었습니다. 연구 시작 당시 이 박테리아는 네덜란드인들에게는 흔했지만, 남아시아계 수리남인들에게는 훨씬 적게 발견되었습니다. 6년에 걸쳐 남아시아계 수리남인 집단은 이 박테리아를 더 빈번하게 획득하기 시작했고, 이로 인해 네덜란드인과의 격차가 좁혀졌습니다. 그러나 이러한 수렴은 해당 종의 '존재' 자체에 국한되었습니다. 연구진이 해당 종 내의 박테리아 유전 구조, 즉 특정 균주를 조사했을 때, 그 균주들은 여전히 뚜렷하게 구분되어 있었습니다. 남아시아계 수리남인들은 새로운 균주를 획득했지만, 이 균주들이 기존의 것들을 대체하여 민족적 차이를 지우지는 못했습니다. 대신, 두 집단은 계속해서 동일한 박테리아의 서로 다른 유전적 버전을 보유하고 있었습니다.

연구팀은 또한 미생물의 기능적 능력, 특히 음식을 분해하기 위해 생성하는 효소를 조사했습니다. 네덜란드 참가자들은 일반적으로 복합 식물 섬유를 분해하는 능력이 더 높았던 반면, 남아시아계 수리남인들은 다른 양상을 보였습니다. 시간이 흐르면서 이러한 기능적 차이 중 일부는 약간 좁혀졌지만, 전반적인 격차는 여전히 넓게 유지되었습니다. 마찬가지로, 항생제 저항성 유전자(박테리아가 항생제 노출에서 살아남을 수 있게 하는 유전적 지침)를 조사했을 때, 네덜란드 내 항생제 사용의 전반적인 감소를 반영하듯 두 집단 모두에서 6년 동안 항생제 저항성 유전자의 총량이 감소했습니다. 그러나 존재하는 구체적인 종류의 저항성 유전자는 집단 간에 여전히 달랐으며, 네덜란드 참가자들이 남아시아계 수리남인들에 비해 더 다양한 저항성 유전자를 보유하고 있었습니다.

결론적으로, 이 연구는 인간의 장내 미생물군을 개인의 배경을 아주 오랫동안 새겨두는 회복력 있는 시스템으로 묘사합니다. 현대적인 도시에서 살며 동일한 식품 공급망을 공유하는 것이 미생물군을 새로운 방향으로 밀어낼 수는 있지만, 문화, 유전, 역사가 만들어낸 뿌리 깊은 차이를 빠르게 지우지는 못합니다. 이 연구는 가까운 미래에도 동일한 도시에 거주하는 서로 다른 민족 집단의 장내 미생물군이 계속해서 구별될 것임을 시사합니다. 이는 의학 연구에 중요한 시사점을 던져줍니다. 즉, 장 건강을 연구하거나 당뇨병과 같은 질병의 치료법을 개발할 때, 과학자들은 공유된 환경이 모두의 생물학적 특성을 같게 만들 것이라고 가정하기보다, 이러한 지속적인 민족적 차이를 반드시 고려해야 한다는 것입니다. 밝혀진 바에 따르면, 장내 미생물군은 우리가 누구이며 어디에서 왔는지를 기억하는 장기적인 기억 장치입니다.