Showing posts with label 장내미생물군. Show all posts
Showing posts with label 장내미생물군. Show all posts

2023/06/28

Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora - PMC

Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora - PMC

Log in

Access keysNCBI HomepageMyNCBI HomepageMain ContentMain Navigation



As a library, NLM provides access to scientific literature. Inclusion in an NLM database does not imply endorsement of, or agreement with, the contents by NLM or the National Institutes of Health. Learn more about our disclaimer.

Science. Author manuscript; available in PMC 2006 Mar 9.

Published in final edited form as:
Science. 2005 Jun 10; 308(5728): 1635–1638. Published online 2005 Apr 14. doi: 10.1126/science.1110591
PMCID: PMC1395357
NIHMSID: NIHMS4344
PMID: 15831718


Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora
Paul B. Eckburg,1,* Elisabeth M. Bik,2 Charles N. Bernstein,3 Elizabeth Purdom,4 Les Dethlefsen,2 Michael Sargent,3 Steven R. Gill,5 Karen E. Nelson,5 and David A. Relman1,2,6,*
Author information Copyright and License information Disclaimer

The publisher's final edited version of this article is available at Science


Associated DataSupplementary Materials
Go to:


Abstract


The human endogenous intestinal microflora is an essential “organ” in providing nourishment, regulating epithelial development, and instructing innate immunity; yet, surprisingly, basic features remain poorly described. We examined 13,355 prokaryotic ribosomal RNA gene sequences from multiple colonic mucosal sites and feces of healthy subjects to improve our understanding of gut microbial diversity. A majority of the bacterial sequences corresponded to uncultivated species and novel microorganisms. We discovered significant intersubject variability and differences between stool and mucosa community composition. Characterization of this immensely diverse ecosystem is the first step in elucidating its role in health and disease.


====

The endogenous gastrointestinal microbial flora plays a fundamentally important role in health and disease, yet this ecosystem remains incompletely characterized and its diversity poorly defined (1). Critical functions of the commensal flora include protection against epithelial cell injury (2), regulation of host fat storage (3), and stimulation of intestinal angiogenesis (4). Because of the insensitivity of cultivation, investigators have begun to explore this ecosystem using molecular fingerprinting methods (5) and sequence analysis of cloned microbial small-subunit ribosomal RNA genes [16S ribosomal DNA (rDNA)] (6-9). However, such studies have been limited by the relative paucity of sequenced gene fragments, the use of fecal biota as a surrogate for the entire gut microflora, and little attention given to potential differences between specific anatomical sites. In addition, variation associated with time, diet, and health status have not been adequately described, nor have the relative importance and contributions of each source (10).

Surface-adherent and luminal microbial populations may be distinct and may fulfill different roles within the ecosystem. For example, the biofilm-like architecture of the mucosal microbiota, in close contact with the underlying gut epithelium, facilitates beneficial functions including nutrient exchange and induction of host innate immunity (11). Fecal samples are often used to investigate the intestinal microflora because they are easily collected. However, the degree to which composition and function of the fecal microflora differ from mucosal microflora remains unclear. We undertook a large-scale comparative analysis of 16S rDNA sequences to characterize better the adherent mucosal and fecal microbial communities and to examine how these microbial communities differed between subjects and between mucosal sites.

Mucosal tissue and fecal samples were obtained from three healthy adult subjects (A, B, and C) who were part of a larger population-based case-control study (table S1) (12). Mucosal samples were obtained during colonoscopy from healthy-appearing sites within the six major subdivisions of the human colon: cecum, ascending colon, transverse colon, descending colon, sigmoid colon, and rectum. Fecal samples were collected from each subject 1 month following colonoscopy (12). We focused on 16S rDNA given its universal distribution among all prokaryotes, the presence of diverse species-specific domains, and its reliability for inferring phylogenetic relationships (13). The 16S rDNA was amplified from samples with polymerase chain reaction (PCR) and broad-range bacterial and archaeal primers (12). The 7 samples from subject B and the fecal sample from subject C yielded archaeal products; all 21 samples yielded bacterial products. PCR products were cloned and sequenced bidirectionally, and numerical ecology approaches were applied.

Initially, a phylotype census was performed on each sample (table S2). A total of 11,831 bacterial and 1524 archaeal near-full-length, nonchimeric 16S rDNA sequences were subjected to phylogenetic analysis. Using 99% minimum similarity as the threshold for any pair of sequences in a phylotype (or operational taxonomic unit) as calculated by dissimilarity matrices and the DOTUR program (12), we identified a total of 395 bacterial phylotypes (Fig. 1). In contrast, all 1524 archaeal sequences belonged to a single phylotype (Methanobrevibacter smithii); these archaeal sequences were excluded from further analyses. This remarkable apparent difference in diversity of the two prokaryotic domains in the gut was reminiscent of results from soil and ocean (14).

Fig. 1


Number of sequences per phylotype for each sample. The y axis is a neighbor-joining phylogenetic tree containing one representative of each of the 395 phylotypes from this study; each row is a different phylotype. The phyla (Bacteroidetes, non-Alphaproteobacteria, unclassified near Cyanobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Fusobacteria, and Alphaproteinobacteria, ordered top to bottom) are color coded as in Fig. 3 and fig. S1. Each column is labeled by subject (A, B, C) and anatomical site. For each phylotype, the clone abundance is indicated by a grayscale value.

Of the 395 bacterial phylotypes, 244 (62%) were novel (table S3), and 80% represented sequences from species that have not been cultivated (12). Most of the inferred organisms were members of the Firmicutes and Bacteroidetes phyla (Fig. 1 and fig. S1), which is concordant with other molecular analyses of the gut flora (6, 7, 9). The Firmicutes phylum consisted of 301 phylotypes, 191 of which were novel; most (95%) of the Firmicutes sequences were members of the Clostridia class. We detected a substantial number of Firmicutes related to known butyrate-producing bacteria (2454 sequences, 42 phylotypes) (15, 16), all of which are members of clostridial clusters IV, XIVa, and XVI. We expected prominent representation of this functional group among our healthy control subjects, given its role in the maintenance and protection of the normal colonic epithelium (16). Large variations among the 65 Bacteroidetes phylotypes were noted between subjects (Fig. 1), as described previously (6, 7). B. thetaiotaomicron was detected in each subject and is known to be involved in beneficial functions, including nutrient absorption and epithelial cell maturation and maintenance (17). Relatively few sequences were associated with the Proteobacteria, Actino-bacteria, Fusobacteria, and Verrucomicrobia phyla (fig. S1). The low abundance of Proteobacteria sequences (including Escherichia coli) was not surprising, given that facultative species may represent ∼0.1% of the bacteria in the strict anaerobic environment of the colon; this is consistent with previous findings (6, 8, 9). Three sequences from two subjects (represented by AY916143) clustered with unclassified sequences previously identified from mammalian gut samples. These sequences appear to represent a novel lineage, deeply branching from the Cyano-bacteria phylum and chloroplast sequences.

No complex microbial community in nature has been sampled to completion. In addition to its biases and inability to distinguish live from dead organisms, the limited sensitivity of broad-range PCR may hinder detection of rare phylotypes. We used several nonparametric methods to explore the diversity and coverage of our clone libraries. Phylo-type richness estimations suggested that at least 500 phylotypes would be detected with continued sequencing from our samples (≥130, ≥300, and ≥200 phylotypes in subjects A, B, and C) (Fig. 2 and figs. S2 and S3). These estimates must be considered as lower bounds, because both the observed and the estimated richness have increased in parallel with additional sampling effort (Fig. 2 and fig. S3). Coverage was 99.0% over all bacterial clone libraries combined, meaning that one new unique phylotype would be expected for every 100 additional sequenced clones (18).

Fig. 2


Collector's curves of observed and estimated phylotype richness of pooled mucosal samples per subject. Each curve reflects the series of observed or estimated richness values obtained as clones are added to the data set in an arbitrary order. The curves rise less steeply as an increasing proportion of phylotypes have been encountered, but novel phylotypes continue to be identified to the end of sampling. The relatively constant estimates of the number of unobserved phylotypes in each subject as observed richness increases (the gap between observed and estimated richness) indicate that estimated richness is likely to increase further with additional sampling. The Chao1 estimator and the abundance-based coverage estimator (ACE) are similar, but the ACE is less volatile because it uses more information from the abundance distribution of observed phylotypes. Individual-based rare-faction curves are depicted in figs. S4 to S6.

The microbial community appeared more diverse in subject B than in A or C, based on inspection of the richness and evenness of the clone distribution across the phylogenetic tree (Fig. 1). The Rao diversity coefficient (19), which accounts for both phylotype abundance and dissimilarity, was indeed higher for B than for the other subjects (fig. S7). This pattern was not found with traditional, that is, Shannon and Simpson, diversity indices, which assess only relative phylotype abundance (20). Within each subject, the mucosal samples demonstrated similar diversity profiles, regardless of the index used (fig. S7).

Previous investigations have not rigorously addressed possible differences in the intestinal microflora between subjects, between anatomical sites, or between stool and mucosal communities. We applied techniques that are based on the relative abundance of sequences within communities and the extent of genetic divergence between sequences. We first compared inter- and intrasubject variability using double principal coordinate analysis (DPCoA) (19). The greatest amount of variability was explained by intersubject differences; stool-mucosa differences explained most of the variability remaining in the data (Fig. 3). The relative lack of variation among mucosal sites was further examined. The FST statistic of population genetics (21) was used to compare genetic diversity within each subject; this revealed that the mucosal populations of subjects A and B were significantly distinct compared with the overall mucosal diversity (table S5). However, in both of these subjects, a single mucosal library had a deviant genetic diversity index; exclusion of this library from the analysis led to an insignificant FST statistic in each case (12). Taken as a whole, these results confirmed little genetic variation among subject-specific mucosal libraries.

Fig. 3


DPCoA for (A) colonic mucosa (solid lines) and stool (dashed lines), (C) colonic mucosal sites alone, and (D) mucosal sites excluding Bacteroidetes phylotypes. Phylotypes are represented as open circles, colored according to phylum as in Fig. 1. Phylotype points are positioned in multidimensional space according to the square root of the distances between them. Ellipses indicate the distribution of phylotypes per sample site, except in (A), where all mucosal sites are represented by one ellipse. Percentages shown along the axes represent the proportion of total Rao dissimilarity captured by that axis. (A) is the best possible two-dimensional representation of the Rao dissimilarities between all samples (12). (B) is an enlarged view of (A), depicting the centroids of each site-specific ellipse. Subject ellipse distributions remain distinct after stool phylotypes (C) and Bacteroidetes phylotypes (D) are excluded from the analysis.

We then asked whether nonrandom distributions of phylogenetic lineages accounted for any variation among all samples. Using a modification of the phylogenetic (P) test (12, 21), we found that stool and pooled mucosal libraries harbored distinct lineages (P < 0.001) (table S5); however, distinct lineages were not found among the individual mucosal libraries. We sought further anatomic precision in explaining library distinctions using the ∫-LIBSHUFF program (22). We found that mucosal clone libraries were similar to the other mucosal libraries from the same subject, with two exceptions (fig. S6). The library from the ascending colon of subject A was a subset of every other mucosal population from that subject (P values < 0.0017), and the descending colon library from subject B was a subset of the ascending colon library in that subject (P = 0.0005). Such inconsistencies among mucosal subpopulations suggested a pattern of patchiness in the distribution of mucosal bacteria rather than a homogenous gradient along the longitudinal axis of the colon. ∫-LIBSHUFF also revealed that nearly all mucosal libraries from subjects B and C were significantly distinct from the corresponding stool library, whereas each mucosal library from subject A was a subset of the stool library. We postulate that the fecal microbiota represents a combination of shed mucosal bacteria and a separate nonadherent luminal population; however, these data must be interpreted with caution, given the delay between stool and mucosa sampling.

Bacterial diversity within the human colon and feces is greater than previously described, and most of it is novel. Differences between individuals were significantly greater than intrasubject differences, with the exception of variation between stool and adherent mucosal communities. Complicating this picture is our evidence for patchiness and heterogeneity. This patchiness did not display an obvious pattern along the course of the colon but may reflect microanatomic niches. Given that each mucosal sample contained a similar distribution of organisms within higher order taxa (Fig. 1), the variation we observed at the genus or species level may be the result of colonization resistance by the more abundant members within similar functional groups (23). Whether the gut micro-biota undergoes such nonrandom assembly remains unclear.

Ecological statistical approaches reveal previously unrecognized irregularities in the architecture of complex microbial communities. High-resolution spatial, temporal, and functional analyses of the adherent human intestinal microbiota are still needed. In addition, the effects of host genetics and of perturbations such as immunosuppression, antimicrobials, and change in diet have yet to be carefully defined. We anticipate that micro-arrays, single-cell analysis, and metagenomics [e.g., a “Second Human Genome Project” (24)] will complement the approach we have illustrated and hasten our understanding of human-associated microbial ecosystems.

Go to:
Supplementary Material

Materials and Methods SOM Text Figs. S1 to S8 Tables S1 to S6 References.
Click here to view.(839K, pdf)
Go to:
Footnotes




Supporting Online Material www.sciencemag.org/cgi/content/full/1110591/DC1 Materials and Methods SOM Text Figs. S1 to S8 Tables S1 to S6 References


Go to:
References and Notes
1. Hooper LV, Gordon JI. Science. 2001;292:1115. [PubMed] [Google Scholar]
2. Rakoff-Nahoum S, Paglino J, Eslami-Varzaneh F, Edberg S, Medzhitov R. Cell. 2004;118:229. [PubMed] [Google Scholar]
3. Backhed F, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004;101:15718. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
4. Stappenbeck TS, Hooper LV, Gordon JI. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002;99:15451. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
5. Zoetendal EG, et al. Appl. Environ. Microbiol. 2002;68:3401. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
6. Hayashi H, Sakamoto M, Benno Y. Microbiol. Immunol. 2002;46:535. [PubMed] [Google Scholar]
7. Hold GL, Pryde SE, Russell VJ, Furrie E, Flint HJ. FEMS Microbiol. Ecol. 2002;39:33. [PubMed] [Google Scholar]
8. Suau A, et al. Appl. Environ. Microbiol. 1999;65:4799. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
9. Wang X, Heazlewood SP, Krause DO, Florin TH. J. Appl. Microbiol. 2003;95:508. [PubMed] [Google Scholar]
10. Horner-Devine MC, Carney KM, Bohannan BJM. Proc. R. Soc. London. 2003;271:113. [Google Scholar]
11. Sonnenburg JL, Angenent LT, Gordon JI. Nat. Immunol. 2004;5:569. [PubMed] [Google Scholar]
12. Materials and methods are available as supporting material on Science Online.
13. Pace NR. Science. 1997;276:734. [PubMed] [Google Scholar]
14. Curtis TP, Sloan WT. Curr. Opin. Microbiol. 2004;7:221. [PubMed] [Google Scholar]
15. Barcenilla A, et al. Appl. Environ. Microbiol. 2000;66:1654. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
16. Pryde SE, Duncan SH, Hold GL, Stewart CS, Flint HJ. FEMS Microbiol. Lett. 2002;217:133. [PubMed] [Google Scholar]
17. Hooper LV, et al. Science. 2001;291:881. [PubMed] [Google Scholar]
18. Good's coverage estimates were 99.3%, 97.9%, and 98.3% for subjects A, B, and C, respectively.
19. Pavoine S, Dufour AB, Chessel D. J. Theor. Biol. 2004;228:523. [PubMed] [Google Scholar]
20. Colwell RK. EstimateS, version 7. 2004. http:// viceroy.eeb.uconn.edu/estimates
21. Martin AP. Appl. Environ. Microbiol. 2002;68:3673. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
22. Schloss PD, Larget BR, Handelsman J. Appl. Environ. Microbiol. 2004;70:5485. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
23. Fargione J, Brown CS, Tilman D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003;100:8916. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
24. Relman DA, Falkow S. Trends Microbiol. 2001;9:206. [PubMed] [Google Scholar]
25. We thank B. Bohannan, M. B. Omary, and S. Holmes (Stanford University) for helpful comments on the manuscript. This research was supported by grants from the NIH (no. AI51259) and Ellison Medical Foundation (D.A.R.), Canadian Institutes of Health Research and Crohn's and Colitis Foundation of Canada (C.N.B., M.S.), National Science Foundation (E.P.), and Defense Advanced Research Projects Agency (S.R.G., K.E.N.). Representatives of novel phylo-types (AY916135 to AY916390) and all other sequences (AY974810 to AY986384) were deposited in GenBank


K2Web Wizard - 내장의 미생물 생태계 2005.04.20

K2Web Wizard - 내장의 미생물 생태계  2005.04.20

내장의 미생물 생태계 사람 내장에 서식하는 미생물의 생태계에 대한 흥미로운 연구결과가 발표되었다. 

David Relman 박사를 비롯한 연구팀은 건강한 사람의 내장에 있는 원핵 미생물 13,355개의 16S 리보솜 RNA 염기서열을 결정한 결과 395종의 새로운 미생물이 서식하는 것을 발견하여 4월 14일자 Science Express에 'Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora'라는 제목으로 발표하였다. 

내장의 미생물 생태계는 사람의 생리조절과 다양한 질병에 큰 영향을 미친다. 
이와 같이 인종, 시간, 영역 등에 따른 이 생태계의 동적인 변화는 우리의 건강에 매우 중요하지만 그 연구를 위해서는 먼저 전체적으로 어떤 미생물들이 어느 정도로 분포 하고 있는지를 조사하는 것이 필요하다. 

현재 많은 생물체의 염기서열이 분석되고 있지만 지금까지 밝혀진 것은 아직 빙산의 일각에 불과하다. 
Relman 박사의 연구팀은 내장에 서식하는 각 박테리아와 고세균을 동정하기 위해 16S rRNA의 염기서열을 결정하기로 하였다. 
이 부분은 박테리아와 고세균에서 염기서열이 잘 보존되어 있지만 작은 변이가 있어서 서로 다른 미생물을 구별할 수 있다. 

그들은 세 사람을 개상으로 하여 대변 샘플과 함께 대장 여섯 군데에서 샘플을 취하여 13,355개의 16S rRNA 염기서열을 결정하였다. 

그 결과 많은 수는 내장에 서식하는 것으로 이미 알려진 박테리아들과 일치하였지만 놀랍게도 3분의 2정도는 현재 존재하는 염기서열 데이터베이스에서 유사한 것을 찾을 수 없는 새로운 박테리아들이었다. 

그러나 대조적으로 고세균의 다양성은 매우 제한되어 있는 것으로 나타났다. 

연구팀은 이처럼 방대한 규모의 연구로도 내장 전체 미생물 세계의 전체를 볼 수는 없을 것으로 생각하고 있다. 그러나 이번 연구는 적어도 사람의 내장에 놀라울 정도의 다양성을 지닌 생태계가 존재한다는 사실을 최초로 보여준 것이다. 

출처 2005-04-19 KISTI

장의 건강을 좌우하는 「선옥균」과 「악옥균」 | 기사 | 장활 내비게이션

장의 건강을 좌우하는 「선옥균」과 「악옥균」 | 기사 | 장활 내비게이션:

질병 ( 7 )알레르기 ( 5 )스트레스 ( 5 )설사 ( 5 )






장의 건강을 좌우한다 「선옥균」과 「악옥균」
장을 알다
유산균 비피더스균 부티르산균 장내 플로라

2022.04.01

이상적인 장내 환경은 악옥균보다 선옥균을 우세하게 유지하는 것이 중요하다.
한입에 선옥균이라고 해도, 많은 종류가 있어, 각각이 다른 일을 하고, 균끼리 서로 서로 돕면서 건강한 몸을 만들고 있습니다.
몸에 좋은 일을 하는 「선옥균」

선옥균은 장을 양호한 상태로 유지하고 악옥균의 증식을 억제합니다.
음식의 소화 흡수를 돕거나 몸의 면역력을 높이고 건강 유지의 역할을 담당하고 있습니다.
대표적인 균에는 유산균이나 비피더스균이 있습니다.
유산균


【아시도필루스균】【페카리스균】등
주로 ▩장 에 뿌려 줍니다. 장내에서 「젖산」을 만들고 , 장내 환경을 산성으로 해, 악옥균의 증식과 부패를 억제합니다. 장의 기능을 지원하여 배변을 촉진합니다.

아시도필스균

유산균 중에서도 특히 젖산을 많이 만드는 능력이 뛰어나 유해 물질을 만드는 악옥균의 증식을 억제합니다.

페카리스 박테리아

장내에서 신속하게 증식하여 장내 플로라를 정돈합니다.
다른 균에 비해 특히 증식 속도가 우수합니다.
또한 비피더스균이나 아시드필루스균 등 다른 선옥균의 증식을 지원합니다.
비피더스균


【비피담균】【롱검균】등
주로 대장에 뿌려 줍니다. 장내에서 「젖산」에 가세해 「아세트산」도 만들어 내고 , 악옥균의 증식을 억제합니다.

비피담균

수많은 비피더스균 중에서도 정착성이 뛰어난 균종으로, 비피더스균의 대표.
일부 비피담균에서는 콜레스트롤 수치의 저하작용과 꽃가루 알레르기와 같은 알레르기에 좋은 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다.



Longham균

영유아부터 고령자까지, 폭넓은 층의 장내에서 발견하기 쉬운 균. 가족간에 전파한다고도 합니다. 정장 작용 외에도 면역력 향상과 감염 방어 등 건강 유지를 돕는 균으로 기대되고 있습니다.


기타 선옥균


【부티르산균】【당화균】등
부티르산을 만드는 「부티르산균」, 영양의 분해·흡수를 돕는 「당화균」등.

부티르산균

주로 대장에 붙어 있습니다. 장내에서 「부티르산」이나 「아세트산」을 만들어 내고, 선옥균이 쉬기 쉬운 환경을 만듭니다.



당화균

주로 소장에 붙어 있습니다. 유산균의 증식을 돕습니다.


몸에 나쁜 일을 하는 「악옥균」


악옥균은 장내에서 유해물질을 만들고, 장내 부패를 진행시키거나 염증을 일으키거나 발암성 물질을 만들어내거나 합니다. 대표적인 곰팡이에는 웰시균이 있습니다.

웰시균

주로 사람이나 동물 장내 등 자연계에 폭넓게 서식합니다. 증식하면 식중독을 일으켜 장내 환경을 악화시켜 설사와 복통의 원인으로도. 노화나 장내의 부패, 발암성 물질과 관계가 있다고 합니다.


장내에는 나쁜 곰팡이가 필요합니까?

장내에서는 선옥균과 악옥균은 항상 밧줄 싸움을 하면서 공존하고 있습니다. 악옥균은 장내에서 유해물질을 만들어내는 "악자" 취급을 받기 쉽지만 중요한 것은 그 균형과 다양성이므로 악옥균도 필요한 존재 입니다 .이전 기사
기사 목록
다음글


2023/06/27

장내 미생물 검사로 조기 알츠하이머병 진단 가능할까

장내 미생물 검사로 조기 알츠하이머병 진단 가능할까


장내 미생물 검사로 조기 알츠하이머병 진단 가능할까한지혁 기자 / 기사승인 : 2023-06-22 


▲ 알츠하이머병 고위험군은 증상 발현보다 한참 이전부터 특징적인 장내미생물군 프로파일이 관찰된다는 연구 결과가 나왔다. (사진=DB)




[메디컬투데이=한지혁 기자] 알츠하이머병 고위험군은 증상 발현보다 한참 이전부터 특징적인 장내미생물군(Gut microbiota) 프로파일이 관찰되는 것으로 나타났다.



알츠하이머병 고위험군은 증상 발현보다 한참 이전부터 특징적인 장내미생물군 프로파일이 관찰된다는 연구 결과가 ‘사이언스 중개 의학(Science Translational Medicine)’에 실렸다.

전문가들은 일부 장내미생물이 생산하는 짧은사슬지방산이 혈액을 따라 뇌로 전달되면 알츠하이머병 병리에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상했다. 이러한 논리에 따라 그들은 항생제를 조합하여 장내미생물군에 변화를 주면 알츠하이머병 병리를 바꿀 수 있다고 주장했다.

한편 그들은 알츠하이머병 초기부터 장내미생물군의 비정상성이 발견되므로 장내미생물군의 불균형이 알츠하이머병을 유발하는 것인지, 알츠하이머병에 의한 변화인지 미지수라고 전했다.



이어 그들은 장내미생물군이 뇌 내 신경아교세포 활성화와 신경염증 반응과 연관이 있다고 더붙였다.

그들은 향후 연구를 통해 간단한 장내미생물군 분석만으로 알츠하이머병을 조기에 진단할 수 있을지, 그리고 이미 진행 중인 알츠하이머병을 장내미생물군을 변화시키는 치료로 극복할 수 있을지 연구할 필요가 있다고 전했다.

장내미생물군가 알츠하이머병 병리 사이의 연관성이 입증되면 기존의 비싸고 불편한 뇌 스캔이나 척수 천자 대신 간단한 미생물 검사로 알츠하이머병을 진단할 수 있을 것으로 기대된다.





메디컬투데이 한지혁 기자(hanjh3438@mdtoday.co.kr)

“장내 미생물군, 노화와 장수에도 영향” – Sciencetimes

“장내 미생물군, 노화와 장수에도 영향” – Sciencetimes


“장내 미생물군, 노화와 장수에도 영향”

9000명 자료 분석해 명백한 특징 확인
2021.02.24 09:05 김병희 객원기자
====

장내 미생물군(gut microbiome)은 인체를 구성하는 필수 요소로, 최근 그 기능과 역할의 중요성이 크게 높아지고 있다. 그러나 장내 미생물군이 노화 과정에 얼마나 영향을 미치는지는 그동안 불명확했다.

미국 시애틀 시스템 생물학 연구소(ISB)가 이끄는 공동연구팀이 건강하거나 반대로 건강하지 못한 노화 경로와 관련한 장내 미생물군의 뚜렷한 특징을 확인하고, 이를 통해 노인들의 생존을 예측할 수 있다는 연구를 내놨다.

대사 관련 저널 ‘네이처 메타볼리즘(Nature Metabolism)’ 18일 자에 발표한 이번 연구에서 연구팀은 세 개의 독립적인 집단(cohorts)에 속한 18세에서 101세 사이의 연구 대상자 9000명 이상의 장내 미생물군 표현형(phenotype)과 임상데이터를 분석했다.


노화 경로와 관련한 장내 미생물군의 뚜렷한 특징을 확인하고, 이를 통해 노인들의 생존을 예측할 수 있다는 연구가 나왔다. © ISB

연구팀은 특히 지역사회에 거주하는 78~98세 사이의 고령자 900명 이상의 종단 데이터에 초점을 맞춰 이들의 건강과 생존 결과를 추적했다.

장내 미생물군, 나이 들수록 독특해져

데이터 분석 결과, 장내 미생물군은 개인들이 중년에서 말년으로 나이가 들어감에 따라 다른 사람들과 구분이 되면서 점차 고유성을 띠는 것으로 나타났다.

이는 사람들 간에 공유되는 경향이 있는 핵심 박테리아 속(genera)의 풍부성이 점차 감소한다는 사실과 일치하는 것이다.

놀라운 점은, 건강하게 노화하는 개인들의 장내 미생물군은 점차 독특해졌으나, 이 미생물군이 수행하는 대사 기능은 공통된 특성을 공유한다는 사실이었다.


건강하게 노화하는 개인들의 장내 미생물군은 점차 고유성을 띠도록 발달했으나, 이 미생물군이 수행하는 대사 기능은 공통된 특성을 공유하는 것으로 밝혀졌다. © 게티이미지뱅크

이런 고유한 특성은 이전에 실험 쥐의 수명을 연장하는 것으로 밝혀진 트립토판 유래 인돌(indole)을 포함해, 혈장에 있는 여러 미생물 유래 대사물질(metabolite)과 높은 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다

다른 대사물질인 페닐아세틸글루타민의 혈중 농도가 이런 고유성과 가장 강한 연관성을 보였다. 이전 연구에 따르면 이 대사물질은 실제로 100세 장수자의 피에서 크게 상승돼 있는 것으로 나타났다.

장내 미생물군, 노화에 따른 건강에 직접 기여

이번 연구를 주도한 ISB의 연구 과학자 토마스 윌만스키(Tomasz Wilmanski) 박사는 “이 고유한 특성을 통해 향후 수십 년 동안 환자의 생존 여부를 예측할 수 있다”고 말했다.

80세가량 된 노인들 중에서 건강한 사람들은 장내 미생물군이 고유한 상태를 향해 계속 이동해 가는 모습을 보였으나, 건강하지 못한 사람들에게서는 이런 이동이 보이지 않았다.


결장 내강에서 트립토판이 인돌 및 인돌 유도체로 대사 되는 것을 보여주는 도해. © WikiCommons / “Microbial metabolism of dietary components to bioactive metabolites: opportunities for new therapeutic interventions”. Genome Med 8 (1) / Slashme, Zhang LS, Davies SS

윌만스키 박사는 “흥미롭게도 이런 고유성 패턴은 40~50세의 중년에서 시작되고, 명백한 혈액 대사체적 특징(blood metabolomic signature)과 관련이 있는 것으로 보인다”며, “이런 장내 미생물군 변화는 건강한 노화 여부를 진단하는 것뿐 아니라 노화에 따른 건강에 직접 기여할 수 있음을 시사한다”고 밝혔다.

예를 들면, 인돌은 장의 염증을 줄이는 것으로 알려져 있고, 만성 염증은 노화 관련 질환을 일으키는 주요 촉발자로 생각되고 있다.

건강하면 나이 들면서 장내 미생물군도 계속 발달

논문 공동 교신저자이자 장내 미생물군 전문가인 션 기본스(Sean Gibbons) 박사는 “장내 미생물군과 노화와의 관련성을 탐구한 이전 연구들을 보면, 어떤 것들은 100세 인구층에서 장내 핵심 미생물 속이 감소한다고 나와 있고, 다른 연구들은 노화와 관련해 건강이 약화되기 시작할 때까지는 장내 미생물군이 상대적인 안정성을 유지한다고 얘기하는 등 일관성이 없다”고 지적했다.

기본스 박사는 “이번 연구에서는 건강과 생존에 관한 상세한 분석들을 처음으로 통합해 이런 불일치를 해결할 수 있었다”고 밝혔다.


대사 저널 ‘네이처 메타볼리즘’ 18일 자에 발표된 논문. © Springer Nature / Nature Metabolism

그는 “이번 연구에서 특히 두 개의 뚜렷한 노화 경로를 보여주었다”며, “첫 번째는 건강하게 늙는 개인들에게서는 핵심 미생물들이 줄어드는 대신 장내 미생물군의 고유성이 증가하는데, 이는 이전의 지역사회 100세 인구층에 대한 연구와 일치하고, 두 번째 경로는 덜 건강한 개인들에게서는 핵심 미생물들이 유지된다는 점”이라고 요약했다.

이번 분석은 건강한 성인들의 장내 미생물군은 나이가 들어가면서 계속 발달하지만, 건강하지 못한 개인들에게서는 그렇지 않다는 사실을 보여준다. 초·중기 성인 때의 건강 관련 미생물군 구성이 말년의 건강으로 이어지지는 않는다는 것이다.

논문 공동 교신저자인 ISB의 네이선 프라이스(Nathan Price) 교수는 “이번 연구는 사람들이 일생을 통해 장내 미생물군을 모니터링하고 수정하는데 중요한 임상적 영향을 미치는 흥미로운 작업”이라고 평가했다.

장내 미생물, 뇌 건강에도 영향준다:후생신보

장내 미생물, 뇌 건강에도 영향준다:후생신보



장내 미생물, 뇌 건강에도 영향준다

신인희 기자 | 기사입력 2023/01/16 


장내 미생물이 뇌 건강에 영향을 줄 수 있다.



장내 미생물이 비타민을 합성하고 음식물의 소화를 돕고 유해균의 성장을 억제하고 면역체계를 조절하는 등 여러 가지 유익한 효과를 낸다는 사실을 입증하는 자료가 있었으며 워싱턴대학 의대에서 장내 미생물이 뇌 건강에도 영향을 준다는 사실을 밝혀냈다.



쥐 실험에서 장내 미생물군의 변화를 통해 알츠하이머병과 관련한 뇌 손상과 인지장애를 발생시켰을 때 APOE 돌연변이와 타우 단백질의 돌연변이가 발현되고 생후 9개월에 뉴런이 손상되고 뇌가 위축됐으며 APOE 돌연변이와 타우 단백질의 돌연변이를 지닌 쥐를 무균실에서 장내 미생물이 없는 상태로 성장시키면 생후 40주에 뇌 손상이 훨씬 덜했다.



정상적인 환경에서 성장한 APOE 돌연변이와 타우 단백질의 돌연변이를 지닌 쥐에게 항생제를 투여했을 때 장내 미생물 구성에 영구적인 변화가 생겼고 수컷 쥐는 생후 40주에 뇌 손상이 감소하고 APOE3 유전자를 지닌 쥐는 APOE4 유전자를 지닌 쥐보다 뇌 손상이 더 많이 감소했으며 암컷 쥐는 항생제를 투여해도 뇌 손상이 감소하지 않았다.



뇌 발달과 뇌종양에 관한 연구를 통해 남녀 간에 면역세포 반응에 큰 차이가 있다는 사실이 확인된 바 있으며 항생제를 투여해서 장내 미생물 구성에 변화가 생긴 쥐는 뇌 손상과 관련한 3가지 단쇄지방산이 결핍됐고 장내 미생물이 없는 쥐는 뇌 손상과 관련한 3가지 단쇄지방산이 없었다.



3가지 단쇄지방산이 혈류 중에 면역세포를 활성화시킴으로써 신경변성을 초래하고 그에 따라 뇌 안에 면역세포가 활성화되면서 뇌 조직이 손상될 수 있으며 장내 미생물이 없는 중년기의 쥐에게 3가지 단쇄지방산을 투여하면 뇌 안에 면역세포가 더 활성화되고 타우와 관련한 뇌 손상의 징후가 증가했다.



장내미생물군

장내미생물군

장내미생물군

Gut microbiota ]

소장 내의 미생물은 채취하기가 어려워 주로 장내미생물 연구는 분변으로 이루어지는 경우가 많아 대장 속의 미생물을 관찰하는 것으로 여겨진다1). 장내미생물군은 1000종에 달한다고 알려져 있고 비슷한 숫자의 바이러스도 보고되고 있다2)세균과 바이러스 숫자보다는 훨씬 적지만 곰팡이와 고균도 존재한다. 장내미생물의 구성은 민족 간에 큰 차이를 보이는데 이를 통해 유전적인 영향과 식이 차이에 따른 영향이 있음이 알려져 있다 3)4). 모든 장내미생물의 숫자는 사람 세포 숫자보다 1.3배 더 많은 약 39조 개에 달하고 사람의 유전자보다 20배 더 많은 유전자들을 보유하고 있다. 무게로는 1.5 kg 정도의 양에 달한다5)6).

장내미생물군에서 가장 잘 알려진 세균인 대장균 (출처)

목차

잊혀진 장기

최근 비만/당뇨/크론병/대장암/류마티스/자폐증을 가진 사람들의 장내미생물이 건강한 일반인과는 다르다는 것이 알려지면서 장내미생물을 ‘잊혀진 장기’라고 부르기도 한다7). 장내미생물은 인체가 갖고 있지 않은 대사과정을 더하여 지녔다고 하여 ‘확장된 유전체(extended genomes)'이라고도 불리우며8) 따라서 인체는 인간의 몸과 장내미생물 전체를 아우르는 ‘Superorganism’ 으로 간주하기도 한다9).

한국인/미국인/일본인 장내미생물군 비교 연구 (출처)


장내 미생물은 병원성 세균의 침범 억제, 장 표피세포의 손상 방지, 지방 축적 조절, 인간 스스로 소화하지 못하는 영양분을 분해하여 흡수 가능한 형태로 전환, 비타민 K의 생산과 철분 흡수, 장 점막의 면역 증강 및 담즙산 대사 등 인체의 전반적인 대사 과정에 직접적인 영향을 인간과 주고받고 있다10).

구성

장내 미생물 중 90 % 이상은 70 여개의 세균 문(Phylum) 중 단 2개의 문인 퍼미큐츠 (Firmicutes) 와 박테리오이디테스(Bacteroidetes)에 속하는 것으로 보고되었다. 하지만, 임산부와 갓난아이, 대사증후근 환자 및 대장암 환자 등 정상적이지 않은 염증을 보유한 사람의 경우 Proteobacteria 문이 일시적으로 늘어나기도 한다11).

집필

배진우/경희대학교

감수

김봉수/한림대학교

참고문헌

1. Saxena, R.; Sharma, V.K (2016). 'A Metagenomic Insight Into the Human MicrobiomeIts Implications in Health and Disease'. In D. Kumar; S. Antonarakis. Medical and Health Genomics. Elsevier Science. p. 117. ISBN 978-0-12-799922-7 . doi: 10.1016/B978-0-12-420196-5.00009-5.
2. Sherwood, Linda; Willey, Joanne; Woolverton, Christopher (2013). Prescott's Microbiology (9th ed.). New YorkMcGraw Hill. pp. 713–721. ISBN 9780073402406 . OCLC 886600661.
3. . Quigley EM (2013). 'Gut bacteria in health and disease'. Gastroenterol Hepatol (N Y). 9: 560–9. PMC 3983973 Freely accessible. PMID 24729765 .
4. Shen S, Wong CH (2016). 'Bugging inflammationrole of the gut microbiota'. Clin Transl Immunology (Review). 5 (4): e72. PMC 4855262 Freely accessible. PMID 27195115 . 
5. American Academy of Microbiology FAQHuman Microbiome January 2014
6. Judah L. Rosner for Microbe Magazine, Feb 2014. Ten Times More Microbial Cells than Body Cells in Humans?
7. O'Hara AM, Shanahan F. The gut flora as a forgotten organ. EMBO Rep 2006; 7: 688-93.
8. Lederberg J: Infectious history. Science. 2000, 288: 287-293. 10.1126/science.288.5464.287.
9. Dethlefsen L, McFall-Ngai M, Relman DAAn ecological and evolutionary perspective on human-microbe mutualism and disease. Nature. 2007, 449: 811-818. 10.1038/nature06245.
10. Wang Y, Kasper LH (2014). 'The role of microbiome in central nervous system disorders'. Brain Behav Immun. 38: 1–12. PMC 4062078 Freely accessible. PMID 24370461 . doi: 10.1016/j.bbi.2013.12.015.
11. Na-Ri Shin, Tae Woong Whon, Jin-Woo Bae (2015) Proteobacteriamicrobial signature of dysbiosis in gut microbiota. Trends in biotechnology. 33(9)496-503

동의어

Gut microbiota, 장내미생물군, gut microbiota

출처

제공처 정보

  • 제공처 한국미생물학회  http://www.msk.or.kr

    1959년에 설립된 한국미생물학회는 현재 2,200 여명의 회원을 중심으로 미생물 관련 학문분야의 연구와 교육 및 바이오산업 발전에 기여하고 있다.봄에는 정기 국제학술대회를, 가을에는 한국미생물학회연합 국제학술대회를 개최하며, 기초 미생물학 분야의 대표적 SCIE 영문학술지인 "Journal of Microbiology"를 비롯하여, SCOPUS 등재 국문학술지인 "미생물학회지"와 웹진인 "미생물과 산업"을 발행하고 있다.

    [네이버 지식백과] 장내미생물군 [Gut microbiota] (미생물학백과 )

もっとよくわかる! 腸内細菌叢〜健康と疾患を司る“もう1つの臓器" (実験医学別冊 もっとよくわかる! シリーズ) | 福田 真嗣 |本 | 通販 | Amazon

もっとよくわかる! 腸内細菌叢〜健康と疾患を司る“もう1つの臓器" (実験医学別冊 もっとよくわかる! シリーズ) | 福田 真嗣 |本 | 通販 | Amazon




































더 잘 알 수 있다! 장내 세균총~ 건강과 질병을 담당하는 “다른 장기” (실험의학별책 더 잘 알 수 있다! 시리즈) 단행본
후쿠다 신지 (편집자)
4.4 5성급 중 4.4    19개의 평가


【목차】
제I부 장내 세균의 기초 지식
1장 장내 세균 연구 시작
2장 장내 세균과 건강 ・장애
3장 생체 배리어와 장내 세균총
제II부 장 내세균총과 인간의 질환, 그 제어 4장 장내세균의 작용 5장 장내세균총의 밸런스를
변화 시키는 요인 6
장 어떻게 제어하는가? 제III부 장내 세균을 "찾는" 기술과 "시각" 기술 8 장 장내 세균을 "찾는" 방법 세균총 연구의 실용화의 시도 10장 장내 세균총을 표적으로 한 의약품 개발 11장 장내 환경에 기초한 층별화 의료·창약·건강

======
상품 설명

내용(「BOOK」데이터베이스에서)
갈색 보석이 세계를 구한다! 당뇨병, 암, 동맥 경화, 염증성 장 질환, 자폐증… 모든 질환을 장내 세균으로 말하는 시대가 눈앞에.

저자 정보
게이오 대학 첨단 생명 과학 연구소 특임 교수 주식회사 메타젠 대표 이사 사장 CEO. 1977년생. 2006년, 메이지 대학 대학원 농학 연구과 박사 과정 수료. 1997 년 경영 대학교 첨단 생명 과학 연구소 특임 준 교수. '19 년부터 특임 교수. 2015 년 과학 기술 및 학술 정책 연구소 (Science Technology 2015)에 선정되었습니다. 같은 해, 비즈니스 계획 "편에서 생산하는 건강 사회"에서 바이오 사이언스 그랑프리에서 최우수상을 수상하여 메타젠을 설립했습니다. 같은 해 대표 이사 사장 CEO로 취임. 전문은 장내 환경 제어학, 통합 오믹스 과학

출판사 : Yangtushe (2019/9/15)
발매일 ‏ ‎ ‎ 2019/9/15
언어 ‏ : ‎일본어
단행본 ‏ ‎ ‎ 147 페이지

이전 페이지 관련 스폰서 상품
신간
실험 의학 증간 Vol.41 No.10 건강과 질환을 제어하는 ​​정밀 영양학~「무엇을, 언제, 어떻게 먹을까?」에, 식품 기능의 해석과 개인차를 낳는 분자 메카니즘의 해명으로부터 육박한다
실험의학 증간 Vol.41 No.10 건강과 질환을 제어하는 ​​정밀영양학~「무엇을, 언제, 어떻게 먹는다…
단행본
¥6,160 

최고 리뷰
상위 리뷰, 대상국가 : 일본
호리타 히사코
5성급 중 5.0 최근 장내 세균 연구
2022년 8월 10일에 확인됨
아마존에서 구매
마음에 든 점은, 그림이 비교적 많은 것입니다. 마음에 들지 않는 점은 특별히 없습니다. 대학원의 집중 강의 때에 사용했습니다.
두 고객이 이것이 도움이 되었다고 생각합니다.
유용한
보고서
하치노헤 히데키
5성급 중 5.0 도해도 많아서 설명도 알기 쉽다.
2022년 6월 26일에 확인됨
아마존에서 구매
최첨단의 장내 세균이, 매우 알기 쉽게 해설되고 있어, 일반인에게도 이해하기 쉽다.
3명의 고객이 이것이 도움이 되었다고 생각합니다.
유용한
보고서
사토 카즈이치
5성급 중 5.0 매년 출판되기를 기대합니다.
2019년 12월 19일에 확인됨
아마존에서 구매
올해 2019년판을 구입했습니다. 만약 내년, 2020판이 출판되면, 또 구입합니다. 그 목적도 비슷한 생각입니다.
장내 세균의 중요성/건강과의 관계를, 다시 인식시켜 주었습니다.
13명의 고객이 이것이 도움이 되었다고 생각합니다.
유용한
보고서
dream4ever
VINE 회원
5성급 중 5.0 현재 최첨단 연구의 지식
2019년 10월 7일에 확인됨
아마존에서 구매
후쿠다씨의 일반용의 저작 배의
상태가 좋아지는 책 단행본 – 2016/1/26
이것이 매우 알기 쉽고 좋았다.
그래서 이번에는 아마추어이면서 전문분야의 책도 구입(가격이 높은 것이
유감
) .
구미에 대해서, 한없이 적은 국가 예산에서의 싸움이라고 상상한다.
제3의 장기라고 불리는 장내 세균총, 미츠오카 선생님의 업적으로부터 확실히 말해지고 있는 것도 좋은 인상.
추가 연구의 발전을 원한다.
34명의 고객이 이것이 도움이 되었다고 생각합니다.
유용한
보고서