Geography and Intestinal Parasites are Associated with Human Gut Microbiome Variation, with Exploratory Ascaris-Associated Functional Signals in Colombian Children
콜롬비아 어린이들을 대상으로 한 연구에서 지리적 요인이 장내 미생물 군집 변이의 주요 동인으로 확인되었으며, *Ascaris lumbricoides*(회충) 및 *Trichuris trichiura*(편충)와 같은 특정 장내 기생충은 군집 구성 및 대사 기능과 뚜렷한 병원체 특이적 연관성을 보였다.
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인간의 장 내부에는 미생물의 거대하고 북적이는 생태계가 번성하고 있습니다. 마이크로바이옴이라고 알려진 이 공동체는 우리가 음식을 소화하고, 면역 체계를 구축하며, 질병으로부터 우리를 보호하는 데 도움을 주는 박테리아, 바이러스, 곰팡이 및 기타 작은 유기체들로 구성되어 있습니다. 수십 년 동안 과학자들은 사람이 어디에 살고 무엇을 먹느냐가 이 내부 세계를 형성한다는 사실을 알고 있었습니다. 도시 사람들은 대개 농촌 지역 사람들과는 다른 장내 박테리아를 가지고 있는데, 이는 주로 식단, 위생, 그리고 환경에 대한 노출의 차이 때문입니다. 하지만 세계의 많은 지역, 특히 열대 지역에서는 사람들이 장내 기생충을 보유하기도 합니다. 이들은 회충이나 편형동물과 같이 장 속에 사는 더 큰 다세포 생물들입니다. 과학계의 오랫된 질문은 이 기생충들이 장 생태계의 주요 설계자로서 박테리아 공동체를 재편하는 것인지, 아니면 지리적 위치와 생활 방식에 의해 이미 정의된 풍경 속의 단순한 승객에 불과한 것인지였습니다.
이를 알아보기 위해 연구진은 활기찬 도시와 외딴 농촌 마을이 극명한 대조를 이루는 콜롬비아로 눈을 돌렸습니다. 그들은 도시 중심지인 메데인(Medellín)에서 절반, 농촌 지역인 웅기아(Unguía)에서 절반을 추출한 총 80명의 어린이로부터 대변 샘색을 수집했습니다. 어린이들의 연령대는 1세에서 7세 사이였습니다. 연구팀은 첨단 분자 도구를 사용하여 9가지 유형의 장내 기생충을 스캔하여, 회충, 편충 및 다양한 원충과 같은 생물체의 존재를 드러낼 수 있는 DNA를 조사했습니다. 그런 다음 각 어린이의 내부에 살고 있는 미생물 공동체를 상세히 지도화하기 위해 모든 샘플의 박테리아 DNA를 시퀀싱했습니다. 목표는 기생충의 존재나 한 아이가 가진 기생충의 종류가 장내 박테리아의 다양성과 구성을 변화시키는지, 아니면 아이가 사는 지역이 더 강력한 힘인지 확인하는 것이었습니다.
결과는 두 개의 뚜렷한 미생물 세계를 명확하게 보여주었습니다. 메데인 시에 사는 어린이들은 농촌 웅기아의 어린이들보다 더 다양하고 균등하게 분포된 장내 박테리아를 가지고 있었습니다. 농촌 샘플에서는 몇몇 특정 유형의 박테리아가 풍경을 지배한 반면, 도시 샘플은 훨씬 더 다양한 종의 풍부한 혼합물을 보여주었습니다. 연구진이 통계적으로 데이터를 분석했을 때, 지리적 위치가 장내 마이크로바이옴의 구조를 결정하는 단일 가장 강력한 요인임을 발견했습니다. 도시와 시골 사이의 차이는 너무나 심대하여 다른 거의 모든 것을 압도했습니다. 농촌 어린이들은 스스로의 박테리아 다양성 수준에서는 더 다양했지만, 도시 어린이들의 장내 공동체는 더 균일했습니다. 이는 도시와 농촌 마을의 환경적 조건이 서로 다른 서식지를 만들어내어, 어떤 박테리아가 생존하고 번성할 수 있는지에 대한 기초적인 규칙을 규정한다는 것을 시사합니다.
놀랍게도, 장내 기생충의 존재는 장내 박테리아의 전반적인 다양성을 유의미하게 변화시키지 않았습니다. 기생충이 없거나, 한 종류만 있거나, 혹은 여러 종류를 동시에 가지고 있더라도, 장내 박테리아 종의 수는 대체로 동일하게 유지되었습니다. 연구진은 흔한 회충인 아스카리스 룸브리코이데스(Ascaris lumbricoides)와 편충인 트리쿠리스 트리키우라(Trichuris trichiura)를 포함한 특정 기생충들을 면밀히 조사했으며, 이러한 감염이 어떤 박테리아 종의 존재 여부에는 미묘한 변화를 주기는 하지만, 공동체의 전체적인 풍부함(richness)을 바꾸지는 않는다는 것을 발견했습니다. 심지 even 감염의 정도를 나타내는 지표인 대변 내 기생충 DNA의 양조차 박테리아 다양성과 상관관계를 보이지 않았습니다. 이 발견은 기생충이 이 인구 집단에서 장내 박테리아의 균형을 무너뜨리는 주요 교란자 역할을 한다는 생각을 반박합니다. 대신, 박테리아는 기생충의 부하와 관계없이 그 핵심 구조를 유지하는 것처럼 보였습니다.
하지만 연구는 몇 가지 특정한, 매개체 의존적인 효과를 찾아냈습니다. 전반적인 다양성은 안정적이었지만, 특정 기생충의 존재는 존재하는 박테리아의 유형에 뚜렷한 변화와 연관되어 있었습니다. 예를 들어, 회충 아스카리스(Ascaris)에 감염된 아이들은 감염되지 않은 아이들과는 다른 박테리아 종의 혼합을 보였습니다. 더 중요한 것은, 연구진이 장내 마이크로바이옴의 기능적 잠재력, 즉 박테리아가 수행할 수 있는 대사적 직무를 조사했을 때, 아스카리스에 의해서만 연결된 고유한 신호를 발견했다는 점입니다. 회충 감염이 있는 아이들의 박테리아는 지질, 즉 지방을 생성하고 황을 처리하는 경로를 상향 조절하는 것으로 나타났습니다. 이는 회충이 박테리아가 이러한 특정 분자들을 더 많이 생산하도록 장 환경을 조성하거나, 혹은 회충이 장벽에 가하는 변화에 반응하도록 유도함으로써, 회충의 생존을 돕는 특정한 환경을 만들고 있음을 시사합니다. 지아르디아(Giardia)나 블라스토시스티스(Blastocystis)와 같은 다른 기생충들은 이러한 특정한 대사적 징후를 보이지 않았습니다.
이 연구는 이 콜롬비아 어린이 집단에서 아이가 어디에 사느냐가 장내 마이크로바이옴을 형성하는 일차적인 힘이라는 결론을 내립니다. 농촌 환경은 덜 다양하고 특정 종이 지배적인 박테리아 공동체를 육성하는 반면, 도시 환경은 더 풍부하고 균형 잡힌 공동체를 지원합니다. 기생충은 많은 아이들에게 존재하지만, 장내 박테리아의 풍경을 근본적으로 다시 쓰는 것으로 보이지 않습니다. 그들은 얼마나 많은 종류의 박테리아가 존재하는지를 급격하게 바꾸지도 않으며, 일반적으로 공동체의 전반적인 대사 능력 또한 변화시키지 않는데, 회worm 아스카리스가 지방 관련 기능 쪽으로 박테리아를 밀어붙이는 예외적인 경우를 제외하면 말입니다. 이 연구는 기생충이 중요한 건강 문제이긴 하지만, 그 영향력이 이전에 생각했던 것보다 더 미묘하고 구체적이며, 지리와 환경에 의해 압도적으로 결정되는 틀 안에서 작동한다는 점을 강조합니다.
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