미지의 장내 원생생물
원생생물(protista)은 분류학적으로도 미지의 존재들이라고 할 수 있습니다. 사실 진핵생물 중에 동물(animal), 식물(plant), 진균(fungi; 버섯, 곰팡이류) 어디에도 속하지 않는 생물들을 모아 원생생물이라고 부르고 있는 셈이죠. 여기에 속하는 대표적인 생물들은 해조류(algae), 원생동물(protozoa), 물곰팡이류(slime mold) 등이 있습니다. 이들을 원생생물이라고 묶어 놓긴 했지만 진화적으로 보면 식물과 동물의 차이 만큼이나 큰 차이가 나는 생물들을 같이 묶어 놓은 셈이라 이들에 대한 분류 체계가 완성되기 까지는 엄청난 연구가 진행되어야 할 것입니다. 그러니 그 이전 까지는 좀 비과학적인 용어인 원생생물이라는 용어를 계속 써야할 것 같습니다.
아래의 글은 우리 몸 속 장내 미생물 중에도 원생생물들이 존재하며 어떤 종들이 사는지, 무슨 일을 하는지 그리고 우리 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있을지 알아본 것입니다. 분류학적으로도 잘 연구되지 못한 원생생물에 대한 연구가 사람의 마이크로바이옴 연구와 함께 어떻게 전개될지 궁금증을 더하는 군요.
미지의 장내 원생생물
의외로 복잡하고 신비한 장내 생물
원생생물의 섭식 유형은 박테리아와의 상호작용이나 숙주의 면역에 미치는 영향을 결정한다.
우리 장 속에는 박테리아나 진균류들 말고도 핵을 가지고 단세포로 살고 있는 원생생물(Protista)이 있다. 사람에게서 발견되는 것과 비슷한 원생생물을 갖는 생쥐를 연구하여 그동안 잘 연구되지 않았던 이 생물의 섭식 유형이 같은 마이크로바이옴 속의 다른 생물 들과의 경쟁, 그리고 숙주의 면역 반응을 어떻게 결정하는지를 보여주었다.
지난 12월 13일 Cell지에 게재된 이 연구는 장 속에 살고 있는 원생생물들을 종에 따른 차이점과 점차 강조되고 있는 건강에 미치는 이들의 영향을 조명하였다.
원생생물은 때때로 “미생물 중에 제 4의 구성원이라고 알려져 있지만, 이들의 중요성은 점점 더 빛나고 있다.” Boston Children’s Hospital in Massachusttes의 마이크로바이옴 연구자인 Rakoff-Nahoum의 말이다.
신비로운 미생물
과거의 연구자들은 장 속의 원생생물이 면역반응을 활성화 시킨다는 사실을 알아냈다. 생쥐의 경우 단세포생물인 Tritrichomonas muscullis은 succinate를 분비하여 작은 창자에서 소위 제 2 유형의 면역반응(아래 참고)을 촉발한다. 이 원생생물은 면역세포이면서 대장의 다른 면역세포를 자극하는 T helper 1(TH1)과 T helper 17(TH17)의 수를 증가시킨다. 하지만 장 속에 원생생물의 다양성, 신진대사, 다른 미생물들과의 관계 등은 알려진 것이 거의 없었다.
Stanford University in California의 점액질 면역학자이자 마이크로바이옴 연구자인 Michael Howitt는 실험 생쥐들의 장 속에 어떤 원생생물이 사는지 알아보고자 하였다. 그들은 T.musculis와 유사한 Tritrichomunas casperi라는 종을 동정하였다. 인간의 대변을 이용한 DNA분석에서 이들과 근연종들이 일부 사람들의 장 속에 산다는 것을 알 수 있었다.
종 간의 차이를 알아본 실험에서 T.musculis와 같이 T.casperi도 TH1과 TH7의 중가를 유도하지만, succinate를 분비하지는 않았다. 그리고 이 종은 Howitt가 알고 있는 한 그들이 속한 속의 원생생물 중 소장에서 Type 2 면역반응을 유발하지 않는 유일한 종이었다. “이건 정말 처음으로 놀라 일어서게 만든 일이었죠.”라고 그는 말했다.
요구되는 먹이들
이런 발견은 또 다른 차이를 연구하는 계기가 되었다. 흔히 장내 미생물들은 숙주가 먹은 음식에 의존한다. 예를 들면 식물성 섬유질 같은 것이다. 하지만 어떤 것들은 장내 내피세포가 분비하는 점액질 등을 먹고 산다. 여러 가지 먹이를 생쥐에게 먹인 실험에서 T.musculis는 먹은 음식 성분을, T.casperi는 장의 점액질을 좋아하는 것으로 나타났다.
T.musculis만을 지닌 생쥐의 경우 원생생물을 갖지 않은 생쥐에 비해 장 속에 섬유질을 먹는 미생물의 숫자가 적었고, T.casperi를 가진 생쥐의 장에는 점액질을 먹는 박테리아의 수가 적었다. 이는 각 서식지에서 원생생물이 박테리아와 경쟁한다는 것을 의미한다. 이에 더해 연구자들은 점액질을 비롯한 다른 종류의 음식물이 T.musculis의 제 2 형 면역반응 유도에 영향을 줄 수 있다는 것을 알 수 있었다.
Howitt는 이 논문이 다른 마이크로바이옴 연구자들로 하여금 원생생물을 고려하는 계기가 되기를 바란다고 한다.
“예전에는 원생생물을 단순히 헤엄치는 succinate 주머니 정도로 치부하는 경향이 있었습니다.” “하지만 분명한 것은 이들이 여러 경로를 통해 그들의 에코시스템과 장의 건강에 영향을 미치고 있다는 거죠.”라고 그는 말을 맺었다.
<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>
McKenzie Prillaman, 2023, This group of bizarre gut microbes is unexpectedly complex. Nature news 13 Dec 2023.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03990-8
<원 논문>
Gerrick, E. R. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.018 (2024).
<참고> Type 1 and Type 2 immune response의 차이
제 1 형 면역반응은 주로 세포내에서 공격하는 바이러스나 박테리아 또는 기생성 원충에 대항하는 면역 반응으로 주로 대식세포와 호중구 그리고 1형 도움 T세포가 관련되어 있다. 반면에 제 2 형 면역반응은 세포 밖에서 공격하는 다세포성 기생충 같은 생물들에 대항하는 면역반응이다. 따라서 몸의 항상성을 유지하기 위한 반응들이 수반되고 조직 손상에 따른 재생 과정이 포함된다. 호산구나 호염구, 비만세포들이 작용하며 제 2 형 T세포와 같은 제 2 그룹의 면역세포들이 일으키는 면역반응이다. 이떄 작용하는 사이토카인이 IL‑4, IL‑5, IL‑9, IL‑13, IL‑25, IL‑33 그리고 thymic stromal lymphopoietin 등이다. 이 두 면역반응은 상호조절 관계가 있다.
(이 글은 Gieseck, R., Wilson, M. & Wynn, T. Type 2 immunity in tissue repair and fibrosis. Nat Rev Immunol 18, 62–76 (2018). https://doi.org/10.1038/nri.2017.90 에 나온 Box를 참고한 것입니다.)