[식품저널]

장내미생물 생리학적 영향ㆍ식품과 연관성 연구에
필수적인 연구자원 ‘무균 마우스’

전현정 한국식품연구원 기술지원센터 선임연구원

1971년 9월 미국 텍사스, 체내 면역반응에 필요한 세포를 만들지 못하는 ‘중증복합면역 결핍증’이라는 유전질병을 진단받고 제왕절개로 태어난 데이비드 베터는 곧바로 특수 제작된 무균 상태가 유지되는 투명한 비닐 공간(bubble)에서 살았다. 매체들은 소년을 ‘버블보이’라고 불렀으며, 버블 안에서 그의 삶은 매순간이 미생물과의 전쟁이었다. 골수 이식 실패로 그는 13년의 짧은 생을 마감했지만, 관련 질환 치료에 획기적인 발전이 있었다.

과거 미생물에 관한 연구는 버블보이의 경우와 같이 감염을 초점으로 세균을 죽이는 기전 및 치료제 개발을 주목적으로 했다. 몸에 좋은 세균에 관한 연구도 있었지만, 장내 미생물 전체에 대한 관심은 미약했다. 2000년대 이후 인간 체세포 및 생식세포의 10배에 해당하는 장내미생물에 대한 관심이 높아졌고, 이들 공생 세균은 영양분 흡수, 병원체에 대한 저항성, 면역체계 발달, 뇌ㆍ호흡기 및 피부 등 다양한 생리작용에 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 이러한 장내미생물의 분포 변화 및 교란 등으로 대사증후군, 위장관계 질환, 암 및 뇌 질환 등이 발생한다는 연관성은 계속 밝혀지고 있다.

인간 장내미생물에 대한 연구가 활발해질 수 있었던 것은 혐기성 세균 배양 및 미생물 유전체 분석기술 발달 외에 무균동물 사육 기자재 발달과 실험기술에 있다. 장내미생물 관련 연구에 대한 관심을 불러일으킨 연구는 제프리 고든 연구팀이 2006년 네이처에 발표한 것으로, 비만 마우스와 정상 마우스의 분변을 각각 검출해낼 수 있는 모든 미생물을 가지지 않는 무균 마우스(Germ Free mouse)에 이식하고 동일한 사료를 급여했을 때 2주 후 체지방 차이가 비만 마우스의 분변을 이식한 마우스가 정상 마우스의 분변을 이식한 개체보다 2배에 이른다는 내용이었다.

2011년 장내미생물이 뇌 발달에 영향을 미친다는 연구, 2012년 셀에 발표된 숙주 특이적 미생물의 군집화 연구 모두 무균 마우스를 이용했다. 최근에는 유전적 변이 등에 의한 질환 모델에서 공생 세균의 영향을 보기 위해 유전자 변형 마우스의 무균화를 통해 관련 연구가 활발해지고 있는 추세다. 여러 무균 동물 중 마우스가 가장 많이 사용되는 이유는 인간과 게놈 유사도가 높고, 유전자 정보 획득이 용이하며, 짧은 생애 주기, 다산, 다양한 유전자 변형동물 확보 및 경제적 이유 때문이다.

무균 마우스는 미생물에 노출되지 않도록 제왕절개 후 또는 태어날 때부터 특수한 격리 사육장치인 아이솔레이터(isolator)에서 사육된다. 특수한 비닐로 제작된 아이솔레이터로 들어가는 공기는 헤파필터를 사용해 공기 중 미생물 유입을 배제하고, 외부 공기 유입을 막기 위해 안쪽에 압력을 주어 비닐이 버블처럼 약간 부풀어 있는 형태를 띠게 된다. 아이솔레이터에서 사육, 실험 등 작업은 일반적인 동물실험실에서 이루어지는 것보다 많은 시간과 노동력을 요구한다. 모든 유입되는 물품은 철저하게 멸균과 소독이 매번 이루어져야 하고, 정기적인 검사를 통해 마우스의 오염 및 감염 여부를 철저히 관리해 무균 상태를 유지해야만 한다.

장내미생물의 생리학적 영향 및 식품과 연관성 관련 연구를 위해 무균 마우스는 필수적인 연구자원이다. 그러나 무균 마우스 유지ㆍ관리, 훈련된 인력 부재 등의 어려움으로 연구 대부분이 무균 마우스 시설을 보유하고 있는 국외기관에서 진행되고 있고, 국내에는 소수의 기관이 운영 중이며, 한국식품연구원을 포함한 몇 개 기관이 운영을 준비하고 있다. 장내미생물과 인간의 복잡한 상관관계를 풀 비밀 열쇠인 무균 마우스 연구시설이 국내에도 많이 늘어나고, 버블 마우스가 한국인 장내미생물 연구와 관련 산업 발전에 큰 역할을 하길 기대해 본다.