뉴스 | 함께 사는 사람들의 유전자가 장으로 ‘이동’할 수 있을까? 미생물을 통한 유전적 영향의 사회적 전파를 밝힌 연구
함께 사는 사람들의 유전자가 장내 세균에 조용히 영향을 미칠 수 있다. Nature Communications에 게재된 연구에 따르면, 함께 생활하는 것은 개인의 장내 미생물군을 형성할 뿐 아니라 미생물을 통해 유전적 영향이 집단 내에서 ‘확산’되도록 할 수도 있다.
바르셀로나의 유전체 규제 센터(CRG)와 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스가 공동으로 수행한 이 연구에서는 4,000마리 이상의 실험용 생쥐를 조사했다. 생쥐의 장내 미생물군 구성은 자신의 유전자뿐 아니라 우리를 함께 쓰는 생쥐들의 유전자에도 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다.
연구진은 유전자 자체가 개체 사이에서 전달되는 것은 아니지만, 유전자에 의해 형성된 공생 미생물은 밀접한 사회적 접촉을 통해 퍼질 수 있다고 설명했다. 일부 유전자는 특정 장내 세균의 성장을 선택적으로 촉진하며, 이 세균은 함께 사는 동물 사이에서 이동해 다른 개체에 유전적 영향이 ‘파급’되도록 할 수 있다.
“이는 마법이 아니라 유전적 영향이 사회적 접촉을 통해 전달된 결과입니다. 유전자는 장내 미생물군을 형성하며, 개인의 유전자만 작용하는 것이 아니라는 사실을 확인했습니다.”라고 교신저자인 CRG 연구원 Amelie Baud 박사는 말했다.
장내 미생물군은 수조 개의 미생물로 구성되며 소화, 면역 및 전반적인 건강에 중요한 역할을 한다. 식단과 약물은 주요 영향 요인으로 여겨지지만, 유전적 기여를 정확히 규정하는 일은 오랫동안 어려웠다. 인간을 대상으로 한 연구에서는 지금까지 락타아제 유전자와 ABO 혈액형 유전자만 장내 미생물군과 확실한 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다.
연구진은 자연환경에서 유전과 환경이 긴밀하게 얽혀 있다고 지적했다. 유전자는 식단과 생활 방식에 영향을 미치는 한편, 가족 구성원과 사회적 접촉을 하는 사람들은 음식, 생활환경 및 미생물을 공유하므로 유전적 영향을 분리하기 어렵다. 이에 연구팀은 유전적으로 다양한 실험용 생쥐를 엄격하게 통제된 환경에서 키우고 동일한 식단을 제공했다.
4,000마리의 생쥐는 서로 다른 사육 절차를 적용하는 미국 내 네 시설의 독립적인 네 집단에서 유래했다. 연구진은 전장유전체 데이터와 장내 미생물군 데이터를 결합해 서로 다른 환경 조건에서도 안정적으로 유지되는 세 개의 유전자–미생물 연관 영역을 확인했다.
가장 강한 연관성은 장 점액에 당 분자를 부착하는 St6galnac1 유전자와 관련이 있었다. 연구진은 장내 세균인 Paraprevotella가 이 당을 먹고 사는 것으로 보고 있다. 이 연관성은 네 집단 모두에서 관찰됐다. 두 번째 유전 영역에는 여러 뮤신 유전자가 포함되어 있었으며 Firmicutes 세균의 풍부도와 연관됐다. 세 번째 영역은 항균 분자를 암호화하는 Pip 유전자와 관련이 있었고, 생쥐에서 흔하며 인간에게도 존재하는 Muribaculaceae 계열 세균과 연관됐다.
대규모 표본을 통해 연구진은 실험용 생쥐의 장내 미생물군 중 어느 정도가 자신의 유전자에 의해 결정되고 어느 정도가 우리를 함께 쓰는 생쥐의 유전적 영향에서 비롯되는지 처음으로 정량화할 수 있었다. 이 현상은 ‘간접적 유전 효과’라고 하며, 양육 환경을 통해 어머니의 유전자가 자손의 성장이나 면역에 영향을 미치는 고전적인 사례와 유사하다.
연구팀은 사회적 접촉에 의해 매개되는 간접적 영향과 직접적인 유전적 영향을 구분하기 위해 계산 모델을 구축했다. 일부 Muribaculaceae 세균에는 두 영향이 모두 작용했다. 이러한 사회적 영향을 모델에 반영하자 새롭게 확인된 세 유전자–미생물 연관성에서 유전적 영향의 전반적인 강도가 4배에서 8배로 증가했다. 연구진은 이것이 실제 현상의 일부에 불과할 수 있다고 보고 있다.
“우리는 빙산의 일각만 보고 있을 수 있습니다.”라고 Baud 박사는 말했다. “현재는 가장 강한 신호를 보이는 세균을 검출할 수 있습니다. 미생물군 시퀀싱 기술이 발전하면 사회적 유전 효과의 영향을 받는 미생물을 훨씬 더 많이 발견할 수 있을 것입니다.”
이 연구는 인간에게도 유사한 기전이 존재한다면 대규모 인구 연구에서 유전자가 건강에 미치는 영향을 체계적으로 과소평가할 수 있음을 시사한다. 유전자는 개인의 질병 위험만 결정하는 것이 아니라 미생물 전파를 통해 사회적 네트워크에 속한 다른 사람들의 건강에도 영향을 미칠 수 있다.
기전적 측면에서 연구진은 생쥐의 St6galnac1가 인간의 ST6GAL1 유전자와 기능적으로 매우 유사하며, 이전 연구에서도 ST6GAL1과 Paraprevotella의 연관성이 확인됐다고 지적했다. 이는 서로 다른 종에서 장 점액 표면의 당화가 어떤 미생물이 장에 정착하고 증식할 수 있는지를 결정하는 생물학적 기전을 공유할 수 있음을 시사한다.
연구팀은 잠재적인 의학적 가설도 제시했다. 다른 연구에서는 ST6GAL1이 백신 접종 후 돌파감염 SARS-CoV-2와 연관된 것으로 나타났으며, Paraprevotella는 바이러스가 숙주 세포에 침입하는 데 필요한 소화 효소의 분해를 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 유전적 변이는 이 세균의 양을 조절해 감염 위험에 간접적으로 영향을 미칠 수 있다.
Paraprevotella는 IgA 항체의 구조에도 영향을 미칠 수 있다. IgA는 장을 보호하지만 비정상적인 IgA가 혈류로 들어가 신장에 축적되면 IgA 신병증을 일으킬 수 있다. 연구진은 이 경로가 일부 사람에게 자가면역질환이 발생하는 이유를 설명할 수 있다고 추정했다.
연구팀은 다음 단계로 실험용 생쥐에서 St6galnac1가 Paraprevotella를 어떻게 조절하는지 조사하고, 장과 전신 생리에 미치는 하위 영향을 추적할 계획이다.
“저는 이제 이 세균에 거의 사로잡혔습니다.”라고 Baud 박사는 말했다. “우리의 연구 결과는 네 곳의 독립적인 시설에서 재현됐으며, 후속 연구를 수행할 수 있는 매우 드문 기회를 제공했습니다.”
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함께 사는 사람들의 유전자가 장내 세균에 조용히 영향을 미칠 수 있다. Nature Communications에 게재된 연구에 따르면, 함께 생활하는 것은 개인의 장내 미생물군을 형성할 뿐 아니라 미생물을 통해 유전적 영향이 집단 내에서 ‘확산’되도록 할 수도 있다.
바르셀로나의 유전체 규제 센터(CRG)와 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스가 공동으로 수행한 이 연구에서는 4,000마리 이상의 실험용 생쥐를 조사했다. 생쥐의 장내 미생물군 구성은 자신의 유전자뿐 아니라 우리를 함께 쓰는 생쥐들의 유전자에도 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다.
연구진은 유전자 자체가 개체 사이에서 전달되는 것은 아니지만, 유전자에 의해 형성된 공생 미생물은 밀접한 사회적 접촉을 통해 퍼질 수 있다고 설명했다. 일부 유전자는 특정 장내 세균의 성장을 선택적으로 촉진하며, 이 세균은 함께 사는 동물 사이에서 이동해 다른 개체에 유전적 영향이 ‘파급’되도록 할 수 있다.
“이는 마법이 아니라 유전적 영향이 사회적 접촉을 통해 전달된 결과입니다. 유전자는 장내 미생물군을 형성하며, 개인의 유전자만 작용하는 것이 아니라는 사실을 확인했습니다.”라고 교신저자인 CRG 연구원 Amelie Baud 박사는 말했다.
장내 미생물군은 수조 개의 미생물로 구성되며 소화, 면역 및 전반적인 건강에 중요한 역할을 한다. 식단과 약물은 주요 영향 요인으로 여겨지지만, 유전적 기여를 정확히 규정하는 일은 오랫동안 어려웠다. 인간을 대상으로 한 연구에서는 지금까지 락타아제 유전자와 ABO 혈액형 유전자만 장내 미생물군과 확실한 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다.
연구진은 자연환경에서 유전과 환경이 긴밀하게 얽혀 있다고 지적했다. 유전자는 식단과 생활 방식에 영향을 미치는 한편, 가족 구성원과 사회적 접촉을 하는 사람들은 음식, 생활환경 및 미생물을 공유하므로 유전적 영향을 분리하기 어렵다. 이에 연구팀은 유전적으로 다양한 실험용 생쥐를 엄격하게 통제된 환경에서 키우고 동일한 식단을 제공했다.
4,000마리의 생쥐는 서로 다른 사육 절차를 적용하는 미국 내 네 시설의 독립적인 네 집단에서 유래했다. 연구진은 전장유전체 데이터와 장내 미생물군 데이터를 결합해 서로 다른 환경 조건에서도 안정적으로 유지되는 세 개의 유전자–미생물 연관 영역을 확인했다.
가장 강한 연관성은 장 점액에 당 분자를 부착하는 St6galnac1 유전자와 관련이 있었다. 연구진은 장내 세균인 Paraprevotella가 이 당을 먹고 사는 것으로 보고 있다. 이 연관성은 네 집단 모두에서 관찰됐다. 두 번째 유전 영역에는 여러 뮤신 유전자가 포함되어 있었으며 Firmicutes 세균의 풍부도와 연관됐다. 세 번째 영역은 항균 분자를 암호화하는 Pip 유전자와 관련이 있었고, 생쥐에서 흔하며 인간에게도 존재하는 Muribaculaceae 계열 세균과 연관됐다.
대규모 표본을 통해 연구진은 실험용 생쥐의 장내 미생물군 중 어느 정도가 자신의 유전자에 의해 결정되고 어느 정도가 우리를 함께 쓰는 생쥐의 유전적 영향에서 비롯되는지 처음으로 정량화할 수 있었다. 이 현상은 ‘간접적 유전 효과’라고 하며, 양육 환경을 통해 어머니의 유전자가 자손의 성장이나 면역에 영향을 미치는 고전적인 사례와 유사하다.
연구팀은 사회적 접촉에 의해 매개되는 간접적 영향과 직접적인 유전적 영향을 구분하기 위해 계산 모델을 구축했다. 일부 Muribaculaceae 세균에는 두 영향이 모두 작용했다. 이러한 사회적 영향을 모델에 반영하자 새롭게 확인된 세 유전자–미생물 연관성에서 유전적 영향의 전반적인 강도가 4배에서 8배로 증가했다. 연구진은 이것이 실제 현상의 일부에 불과할 수 있다고 보고 있다.
“우리는 빙산의 일각만 보고 있을 수 있습니다.”라고 Baud 박사는 말했다. “현재는 가장 강한 신호를 보이는 세균을 검출할 수 있습니다. 미생물군 시퀀싱 기술이 발전하면 사회적 유전 효과의 영향을 받는 미생물을 훨씬 더 많이 발견할 수 있을 것입니다.”
이 연구는 인간에게도 유사한 기전이 존재한다면 대규모 인구 연구에서 유전자가 건강에 미치는 영향을 체계적으로 과소평가할 수 있음을 시사한다. 유전자는 개인의 질병 위험만 결정하는 것이 아니라 미생물 전파를 통해 사회적 네트워크에 속한 다른 사람들의 건강에도 영향을 미칠 수 있다.
기전적 측면에서 연구진은 생쥐의 St6galnac1가 인간의 ST6GAL1 유전자와 기능적으로 매우 유사하며, 이전 연구에서도 ST6GAL1과 Paraprevotella의 연관성이 확인됐다고 지적했다. 이는 서로 다른 종에서 장 점액 표면의 당화가 어떤 미생물이 장에 정착하고 증식할 수 있는지를 결정하는 생물학적 기전을 공유할 수 있음을 시사한다.
연구팀은 잠재적인 의학적 가설도 제시했다. 다른 연구에서는 ST6GAL1이 백신 접종 후 돌파감염 SARS-CoV-2와 연관된 것으로 나타났으며, Paraprevotella는 바이러스가 숙주 세포에 침입하는 데 필요한 소화 효소의 분해를 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 유전적 변이는 이 세균의 양을 조절해 감염 위험에 간접적으로 영향을 미칠 수 있다.
Paraprevotella는 IgA 항체의 구조에도 영향을 미칠 수 있다. IgA는 장을 보호하지만 비정상적인 IgA가 혈류로 들어가 신장에 축적되면 IgA 신병증을 일으킬 수 있다. 연구진은 이 경로가 일부 사람에게 자가면역질환이 발생하는 이유를 설명할 수 있다고 추정했다.
연구팀은 다음 단계로 실험용 생쥐에서 St6galnac1가 Paraprevotella를 어떻게 조절하는지 조사하고, 장과 전신 생리에 미치는 하위 영향을 추적할 계획이다.
“저는 이제 이 세균에 거의 사로잡혔습니다.”라고 Baud 박사는 말했다. “우리의 연구 결과는 네 곳의 독립적인 시설에서 재현됐으며, 후속 연구를 수행할 수 있는 매우 드문 기회를 제공했습니다.”
스토리 출처:
온라인 수집