우리 몸의 안팎에 서식하는 미생물 군집(microbiota)의 복잡한 생태계인 마이크로바이옴(microbiome)은 우리의 건강에 중요한 인자로 급부상하고 있다. 수 조개의 박테리아, 바이러스, 진균과 아케아(Archea) 그리고 기생충 및 그것들의 대사물질들로 이루어져 있는 마이크로바이옴은 대부분 장내에 집중되어 있고, 이러한 복잡한 네트워크는 여러가지 생리작용에 중요한 역할을 담당하고 있다. 미생물 군집(microbiota)은 매우 다양하고, 생활습관, 식이, 흡연 및 운동의 양에 따라서 변하기 때문에 사람마다 그 조성이 다르다.
장내미생물들은 인간 숙주와 공생관계(symbiotic relationship)를 형성하고, 소화, 영양섭취 그리고 면역 시스템의 조절 등 중요한 기능을 보조한다. 최근 연구에서는 이러한 마이크로바이옴이 대사과정이나 Gut-Brain axis를 통해 건강의 넓은 범위에 영향을 미치는 것을 보고 하였다. 이러한 생태계의 파괴, 즉 불균형(dysbiosis)은 숙주의 건강을 위협할 수 있다. 각종 위장질환, 일부 신경학적인 질환, 호흡기 질환, 대사질환, 간 및 심혈관 질환, 위암, 자가면역질환, 우울이나 anxiety와 같은 정신질환과의 연관성에 관한 연구결과도 보고되고 있다.
대장암과 마이크로바이옴과의 연관성에 대해서도 학계가 주목하고 있다. 특정 장내미생물과 그들의 대사부산물(metabolic by-products)은 대장암의 발생에 영향을 주는 것으로 보인다. 예를 들어 박테리아로 인해 생긴 염증과 발암물질(carcinogen)의 생성은 대장 내부에서 암세포의 생성과 진행에 기여를 할 수 있다. 장내 미생물 군집의 특성은 사람마다 다양하지만, 대장암 발생과 관련된 공통 균주가 있다. 지역적으로 다른 대장암 환자 코호트의 fecal metagenome을 분석한 메타분석에서 대장암의 원인균종을 분석한 바, 구강 병원균(oral pathogen)인 Fusobacterium necleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis, P. anaerobius, Porphyromonas asaccharolytica, Solobacterium moorei, Prevotella intermedia이 대장암 환자의 대변에 많은 것을 알 수 있었다. 일부 oral pathogen(F.nucleatum, S. moorei, Lachnoclostridium spp)은 선종이 있는 환자들에서도 많았다. 대장 특이 박테리아균주 (specific colon-resident bacterial strain) 중 Bacteroides fragilis, Escherichia coli, Streptococcus gallolyticus 역시 대장암 환자에서 상대적으로 많이 분포하고 있었다. 아직까지 대장암의 발생에 병원균주(pathogenic bacteria)들이 단독으로 역할을 하는 지 다른 미생물군집과 상호작용을 하는 지는 분명하지 않지만, 병원균주와 대장내 미생물 군집 및 대장점막내 미생물 군집이 강한 상보적인 네트워크를 형성하고 있을 것으로 생각된다.
최근에 발생률이 증가하고 있는 조기 발병 대장암(early-onset colorectal cancer) 환자의 마이크로바이옴 불균형(microbiome dysbiosis)에 대한 연구도 있었다. 조기 발병 대장암 환자들의 대변 미생물 다양성(fecal microbial diversity)을 같은 연령의 건강한 대조군과 비교해 보았을 때, Streptococcus, Fusobacterium, Gemella와 같은 특정 박테리아 분류군(bacterial taxa)이 조기 발병 대장암 환자에서 더 많이 발견되었다. 이것은 젊은 대장암 환자들에게 주목할 만한 미생물의 불균형이 있음을 반증하는 것이다.
장내 미생물에 의해 생성되는 여러가지 대사산물에 대한 연구도 시행되고 있다. 보호작용을 하는 대사산물과 잠재적으로 해로운 대사산물 사이의 균형은 매우 중요하다. 이 균형이 깨지면 조직과 면역 세포의 항상성이 약화되어 미생물 침입, 염증, 종양 발생으로 이어질 수 있다. 보호 대사산물로는 butyrate, indoles, ursodeoxycholic acid 등이 있으며, 유해 대사산물로는 deoxycholic acid, formate, hydrogen sulfate등이 있다.
이러한 마이크로바이옴은 대장암의 예방과 치료에 전도유망한 통찰력를 제공할 것이다. Probiotics의 복용, fecal microbiota transplantation, targeted antibiotics 등이 건강한 마이크로바이옴을 유지하고, 이를 통해 대장암의 발생 위험을 낮추기 위한 방안으로 연구 되어지고 있다. 또한, 대장암을 진단하고 임상 결과를 예측하는 예후인자로 박테리아 바이오마커의 잠재력은 흥미진진하다. 특히 장내 미생물 군집은 대장암 발병에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라, 대장암에 대한 전신치료(systemic therapy)의 반응에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이를 이용하여 예후를 예측하거나 균형이 깨진 마이크로바이옴의 교정을 통해 치료효과를 높일 수 있을 지도 모른다.
인간의 건강에 있어 마이크로바이옴의 필수적인 역할과 대장암과의 연관성은 이 분야에 대해 심도 깊은 연구가 필요하다는 것을 반증한다. ‘마이크로바이옴연구회’의 설립은 이러한 복잡한 상호 작용에 대한 이해와 관리를 발전시킬 수 있는 훌륭한 학술적 시발점이다. ‘마이크로바이옴연구회’를 통해 이 매력적이고 중요한 분야에 대해 회원들의 관심을 고양시켜 다학제적 협업을 촉진하고, 최첨단 연구 방법론을 통합하며, 특히 대장암 분야에서 획기적인 발견을 이끌어내는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다. 더 나아가 ‘마이크로바이옴연구회’는 개인 맞춤형 의학에서 공중 보건 정책에 이르기까지 의료 전략을 혁신할 수 있는 잠재력을 펼칠 것이다.
