신체 부위별 미생물군과 건강/질병과의 관계

신체 부위별 미생물군과 건강/질병과의 관계

1. 소화 시스템

1.1. 경구

인간의 구강은 박테리아, 곰팡이, 바이러스 및 원생동물을 포함하여 가장 다재다능한 미생물 군집 중 하나를 품고 있습니다. 구강에는 미생물이 서식하는 두 영역이 있습니다. 의치 또는 치아의 단단한 표면과 구강 점막의 연조직입니다. 구강의 주요 박테리아 속은 Streptococcus, Granulicatella, Gemella, Actinomyces, Corynebacterium, Rothia, Veillonella, Fusobacterium, Prevotella, Porphyromonas, Capnocytophaga, Neisseria, Haemophilus, Treponema, Eikenella, Leptotrichia, Lactobacillus, Peptostreptococcus, Staphylococcus, Eubacterium 및 Propionibacter를 포함합니다. 한편, 우세한 진균 속으로는 Candida, Cladosporium, Saccharomyces, Fusarium, Aspergillus 및 Cryptococcus가 있습니다. 유행성이하선염, 광견병, 인유두종 바이러스와 같은 질병 관련 바이러스뿐만 아니라 Trichomonas tenax 및 Entamoeba gingivalis와 같은 원생동물도 발견됩니다. 
구강은 인체의 주요 진입점이므로 이 영역에 상주하는 미생물은 잠재적으로 다른 신체 부위로 확산되어 질병을 일으킬 수 있습니다. 따라서 구강 마이크로바이옴의 구성은 인간 건강을 위한 면역을 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 마이크로바이옴에 의한 질산염 대사는 질산염을 아질산염으로 감소시킵니다. 아질산염은 항균 효과가 있고 혈관 건강에 중요한 산화질소로 전환됩니다. Streptococcus salivarius K12 균주와 같은 일부 구강 미생물은 병원성 박테리아의 식민지화를 방지하는 불리한 환경을 조성하여 숙주 방어에 기여합니다. 그것은 치주염 질환과 관련된 그람 음성 종의 성장을 억제하는 박테리오신을 생성합니다. 
가장 흔한 구강 질환은 일반적으로 충치로 알려진 충치입니다. 충치에 관여하는 박테리아는 Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus 및 Lactobacillus acidophilus입니다. Veillonella, Bifidobacterium, Propionibacterium, Actinomyces, Atopobium 및 Scardovia와 같은 다른 종들도 충치와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 구강에 상주하는 산 생성 박테리아가 음식에서 발견되는 발효성 탄수화물과 상호 작용할 때 치아 우식증이 나타납니다. 치은연상 생물막이 성숙하면 낮은 pH 환경을 조성하여 치아를 탈회시키고 결국 캐비테이션을 유발합니다. 적절한 구강 위생이 없으면 특정 미생물이 병원성 특성을 생성하여 치은염을 일으킵니다. 이 상태가 만성 세균 감염을 통해 지속되면 치은연하 플라크 축적은 미생물총을 건강한 상태에서 병든 상태로 재배열하여 치은에 영향을 미치고 이를 지지하는 결합 조직과 치아를 턱에 고정하는 뼈에 손상을 일으킵니다. 
구강 마이크로바이옴은 전신 건강에 중요한 역할을 하는 것으로 인식되어 구강 마이크로바이옴의 파괴가 심내막염, 골다공증 및 류마티스 관절염과 같은 여러 만성 질환에 잠재적으로 기여할 수 있습니다. 구강 건강은 또한 비만, 당뇨병, 암 및 신경정신병 장애와 같은 비전염성 질병(NCD)의 발달 및 진행에 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 구강 마이크로바이옴이 특정 질병의 위험을 평가하는 데 잠재적으로 사용될 수 있다고 제안되었습니다. 널리 연구된 장내 마이크로바이옴과 유사하게 구강 마이크로바이옴 연구는 그 기능과 인체와의 상호 작용에 대한 전체적인 시스템 수준의 이해로 이동하고 있습니다. 향후 연구를 통해 구강 미생물이 어떻게 건강한 상태로 회복될 수 있는지 밝혀질 것입니다.

1.2. 위

이전에는 위가 박테리아에 대한 적대감으로 인해 무균 기관으로 여겨졌습니다. 이러한 요인에는 산성 환경, 담즙산의 역류, 점액층의 두께, 구강에 존재하는 락토바실러스에 의한 음식물의 아질산염 전환(항균성 산화질소로 변환) 등이 포함됩니다. 그러나 간단하고 신뢰할 수 있는 진단 테스트의 부족으로 인해 위 마이크로바이옴 연구에 장애가 되었습니다. 1982년 Barry Marshall과 Robin Warren이 Helicobacter pylori를 발견하면서 이 개념은 반박되었습니다. 정상적인 조건에서 위점막에서 가장 많이 나타나는 문은 Proteobacteria, Firmicutes(최근에 Bacillota로 이름이 변경됨), Bacteroidetes(최근에 Bacteroidota로 이름이 변경됨), Actinobacteria 및 Fusobacteria입니다. 위액은 위점막과는 다른 다양한 미생물 군집을 가지고 있다. 위액의 우세한 문은 Firmicutes, Actinobacteria 및 Bacteroidetes이며, Proteobacteria 및 Firmicutes는 위 점막에서 우세합니다. 또한 Veillonella, Lactobacillus 및 Clostridium과 같은 구강 및 십이지장에서 발견되는 박테리아는 일시적으로 위에 군집을 형성할 수 있습니다. 
당연하게도 H. pylori는 H. pylori 감염 환자의 위에 있는 우세한 박테리아이며 대부분의 H. pylori 균주는 위 환경을 조절할 수 있으므로 상주 미생물의 서식지를 변경할 수 있습니다. 또한 위 미생물 군집의 변화는 위암 발병 위험을 증가시킬 수 있습니다. 또한 H. pylori를 박멸하면 위장의 미생물 다양성이 증가한 것으로 보고되었습니다. H. pylori와 위장의 공생 박테리아 사이의 상호작용이 완전히 이해되지는 않았지만, 건강한 위 미생물군집에 대한 직접적인 영향의 발견은 심각한 질병으로의 진행을 예방하기 위해 위 미생물군집을 조절하는 방법에 대해 어느 정도 밝혀줄 수 있습니다.

1.3. 장

장은 박테리아 대 숙주 세포 비율이 1:1인 가장 조밀하고 다양하게 집락화된 기관입니다. 대다수의 공생 박테리아는 결장에 존재하는 반면, 더 낮은 박테리아 개체군은 위와 소장에서 발견됩니다. 장에 존재하는 주요 세균 문은 장내 미생물의 90%를 차지하는 Firmicutes와 Bacteroides입니다. 장 환경에 존재하는 다른 문은 Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria 및 Verrucomicrobia입니다. 특히, Firmicutes 문 아래에서 발견되는 200개의 서로 다른 속이 있으며 Bacillus, Lactobacillus, Enterococcus, Clostridium 및 Ruminococcus를 포함하는 몇 가지 예가 있습니다. 락토바실러스는 건강에 유익하지만 황색포도상구균 및 클로스트리디움 퍼프린젠스와 같은 일부 피르미쿠테스 종은 과도하게 자라면 신체에 해롭습니다. 한편, Bacteroidota의 지배적인 속은 Bacteroides와 Prevotella입니다. 덜 풍부한 Actinobacteria phylum은 주로 Bifidobacterium으로 대표되며, 이 속은 건강에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. Proteobacteria phylum에서 일부 잘 알려진 병원균에는 Enterobacter, Helicobacter, Shigella, Salmonella 및 Escherichia coli가 포함됩니다.
장내 미생물군의 구성은 삶의 세 단계에서 변화합니다: 출생에서 젖을 떼기; 이유식에서 정상적인 식단을 얻기까지; 그리고 마지막으로 노년기에. 통성 혐기성 균은 출생 시 가장 먼저 장에 서식하며, 이 박테리아는 2주 이내에 Bifidobacterium 및 Bacteroides spp.를 시작으로 절대 혐기성 균의 성장을 촉진하는 혐기성 조건을 만듭니다. 자연적으로 태어난 영아는 출생 시 산모의 질 및 분변 미생물군에 의해 접종되는 반면, 제왕절개로 태어난 영아는 처음에 피부 미생물군과 환경에서 발견되는 미생물 군집에 노출됩니다. 3일째에 자연 분만된 영아는 더 풍부하고 다양한 Bifidobacterium spp. 제왕절개 아기보다 더욱이 젖을 뗄 때까지 모유만 먹은 아기는 일반적으로 분유를 먹인 아기보다 비피도박테리아의 비율이 더 높은 더 안정적이고 덜 다양한 박테리아 군집을 가지고 있는 것으로 관찰되었습니다. 단단한 음식을 먹은 후 장내 미생물이 다양해졌고 피르미쿠테스의 수가 증가했습니다. 모유 수유 아기와 분유 수유 아기의 미생물은 생후 약 18개월이 되면 구별할 수 없게 됩니다. 3세가 되면 그들의 마이크로바이옴은 성인의 마이크로바이옴과 비슷해집니다. 노년기에는 비피도박테리아 수가 감소하고 장내세균이 증가하면서 미생물군 다양성이 감소하는 것으로 보고되었습니다. 마찬가지로, 박테로이데테스의 풍부도는 증가하는 반면, 피르미쿠테스는 노인(>65세)에서 덜 풍부해집니다. 이와 별개로, 장내 미생물 구성은 다양한 해부학적 위치의 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 대장은 유속이 느리고 pH 수준은 약산성에서 중성까지 다양합니다. 지금까지 절대 혐기성 미생물이 지배하는 가장 큰 미생물 군집을 구성합니다. 대장은 미생물이 상주하는 여러 미세 환경을 포함합니다. 상피 표면과 내부 점액층은 건강한 상태에서 최소한의 집락을 형성하는 반면 확산 점액층에는 Akkermansia muciniphila와 같은 전문 집락자가 있습니다. 소화관 내강의 액상은 다양한 미생물과 Ruminococcus spp. 내장 내강에서 발견되는 식이 섬유에 따라 다릅니다. 소장은 소화에서 약 3-5시간의 상당히 짧은 통과 시간을 갖는다는 점을 감안할 때, 항균 활성을 가진 높은 담즙 농도의 존재는 소장을 미생물 식민자에게 도전적인 환경으로 만듭니다. 분자 분석에서 공장 및 회장 성분은 박테리아 문 Proteobacteria 및 Bacteroides와 Streptococci, Lactobacilli 및 Enterococci 종을 포함하여 주로 통성 혐기성 균으로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. 
장내 세균은 위장관을 따라 소화를 조절하는 데 중요합니다. 공생 박테리아는 단쇄 지방산(SCFA), 담즙산, 아미노산 등과 같은 영양소 및 대사 산물을 처리하는 데 중요한 역할을 합니다. 그렇게 함으로써 이러한 박테리아 중 일부는 숙주 에너지 수확 및 대사 효율을 촉진합니다. 이들 구성원 중 일부는 또한 병원성 박테리아에 대한 중요한 면역 기능을 수행하고 장 상피 무결성을 유지하여 박테리아 침입을 방지합니다. 마이크로바이옴 종의 구성이 신진대사에서 중요한 역할을 수행하지만, 커뮤니티의 대사 출력은 미생물군에 대한 기질의 가용성에 따라 달라지거나 식단과 같은 외적 요인이 장내 마이크로바이옴에 영향을 미치는 경우에도 좌우됩니다. 미생물 합성 대사산물은 잠재적으로 대사, 면역 및 신경내분비 시스템 사이의 누화를 중재하여 숙주의 건강을 지배합니다. 
소화를 조절하는 것 외에도 지배적인 비병원성 장내 미생물은 특정 틈새를 점유하여 병원성 집락화 및 성장을 억제합니다. 그러나 장내 미생물의 균형이 교란되면 장 투과성이 증가합니다. 투과성의 이러한 변화는 기회 병원균이 빈 틈새를 침범하고 식민지화하여 장 환경을 변화시킬 수 있게 합니다. 이것은 잠재적으로 숙주에 해를 끼치고 다양한 질병을 일으키는 조절되지 않은 대사 산물의 생산으로 이어질 수 있습니다. 증가된 장 투과성은 또한 대사 산물, 독성 인자 및 기타 내강 성분과 같은 미생물 유래 제품의 유입을 허용하여 장내 미생물군집의 정상적인 기능을 방해하고 분자에 의해 매개되는 염증, 알레르기 및 자가 면역 장애와 같은 비정상적인 면역 염증 반응에 기여합니다. 
때때로 기회 병원체의 출처는 미생물 군집의 상주 부위에서 나오며, 이는 장내 미생물 군집의 건강한 비질병 상태가 교란되어 병원성 구성원에 대한 집락화 저항이 실패할 때 발생합니다. 예를 들어 클로스트리디움 디피실리(Clostridium difficile)는 정상 장내 미생물군에 존재하지만 건강한 비질병 미생물 군집 상태가 파괴되면 병원성이 됩니다. C. difficile은 비정상적인 염증 반응 및 세포 사멸을 유도하여 세포 골격 및 결장 상피 장벽 완전성을 손상시킬 수 있습니다. 디피실 감염(CDI) 관련 증상에는 설사, 위막성 대장염, 패혈증 및 사망이 포함됩니다. 질병이 없는 건강한 상태의 우세한 장내 미생물군은 살모넬라 종과 같은 다른 병원균에 비해 종종 항생제 관련 설사와 관련되기 때문에 C. difficile의 과증식을 방지하여 숙주를 보호한다고 제안됩니다. 
일반적으로 연구되는 또 다른 장내 미생물군유전체 관련 질병은 염증성 장 질환(IBD)입니다. 궤양성 대장염(UC)과 크론병(CD)의 두 가지 일반적인 형태를 가진 특발성, 만성 및 재발성 위장관 염증 그룹입니다. 염증은 크론병의 전체 위장관을 따라 어느 위치에서나 발생합니다. 한편 UC에서는 염증이 대장으로 제한됩니다. 두 상태 모두 반복되는 열, 설사 및 복통과 관련이 있습니다. 장내 세균불균형이 잠재적으로 IBD 병인에 기여하는 것으로 제안되었습니다. 예를 들어 Faecalibacterium prausnitzii 및 Roseburia spp.와 같은 Firmicutes의 풍부도가 감소합니다. 이들은 부티레이트 생성 박테리아이며 부티레이트는 결장 세포의 주요 에너지 기질입니다. 따라서 Firmicutes의 감소는 항염증성 사이토카인을 감소시켜 국소 염증을 높일 수 있습니다. 비슷하게, F. 프라우스니치가 셀용 프로바이오틱으로 중단되었습니다. IBD 외에 장내 미생물과 관련된 다른 장 운동에는 과민성 대장 증후군(IBS), 체강 질환 및 대장암(CRC)이 포함됩니다. IBS 환자의 배설물 표본에 대한 연구에서 반복되는 반복시간에 비해 최대토바실러스 종의 증거가 심각하게 감소했습니다. 다른 연구에서는 개인에 비해 IBS 환자에서 박테로이데테스에 대한 페르미쿠테스의 가동이 증가한 것으로 나타났습니다. 또한 Lactobacilli 및 Faecalibacterium과 같은 일부 Firmicutes 계열 외에 Actinobacteria군에서 Bifidobacteria 및 Collinsella도 감소했습니다. IBS 혈액에서 일부 Firmicutes 계열(Veillonella, Streptococci 및 Ruminococcus spp.)과 Proteobacteria(Enterobacteriaceae spp.)의 수가 증가했습니다. 이러한 결과는 IBS 환자의 상피 중단 기능과 관련된 미생물의 손실이 있음을 보여줍니다. 많은 질병들이 미생물군집과 관련이 있는지 여부에 관계가 있다고 가정하고 있지만, 일부 연구에서는 미생물의 활성에 기반한 질병의 원인을 제시하고자 하였다. 이 정보를 활용하여 치료를 발전시킬 수 있습니다.
장에 사는 다른 미생물은 장내 세균의 바이러스 구성 요소의 대부분을 구성하는 바이러스와 박테리오파지입니다. Methanosphaera stadtmanae 및 Methanobrevibacter smithii와 같은 정복적인 고세균 종도 장내 군집에서 발견됩니다. 장에 대한 종단 연구에 따르면 개인의 미생물이고 특정 종은 매우 안정적으로 1년 이상 지속됩니다. 인간 장내 마이크로바이옴의 특정 커뮤니티는 수명 주기 정지에 더 나아가 개인 간 및 개인 내 변이에 의해 영향을 받습니다. 마이크로바이옴의 변화에 영향을 미치고 몇 가지 요인의 생성은 장의 해부학적 영역, 분만 방식, 배달 수유 방법, 젖을 가져오는 기간, 연령, 식이 및 단백질 섭취가 있습니다. 시위관 환경은 노동시간, 항구액 유속, 항구 가용성, 일시적으로 물, pH 및 중단 장력 측면에서 해부학적 영역에 따라 필요합니다.