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로타바이러스성 설사는 여전히 인류의 건강을 해치는 심각한 전염병 중 하나이며, 백신 외에 기타 예방방법이 없었다. 그러나, 2019년 과학자들은 일부 사람들이 로타바이러스를 예방하는 "면역균"을 휴대하고 있음을 발견했는데, 이는 로타바이러스를 예방하는 새로운 연구방향으로 발전할 수 있다.

사람의 장내에는 약 1,000종의 세균이 존재한다. 이런 장내의 세균들은 인간과 공생하며 수억 년간 진화해 인관과 밀접한 상호이익관계를 형성하였다. 장 분절 사상균(SFB)이 그 중 하나다.

어떤 학자는 쥐에 대한 연구 [1]를 통해, 장내세균총에 분절 사상균(SFB)이 있는 새끼 쥐가 로타바이러스의 침입과 관련 설사 질병의 영향을 받지 않는다는 사실을 발견했다. 이 연구는 로타바이러스를 동일하게 접촉한 상태에서 로타바이러스의 감염성을 간접적으로 해석하였다.

SFB저항은 세포로부터 시작

SFB가 로타바이러스를 방어하는 방법은 체내에 방어막을 형성하거나 혹은 직접 로타바이러스를 공격하여 방어하는 것이 아니다. SFB는 우선 로타바이러스가 장을 공략하게 하고 장 상피세포를 파괴하도록 내버려둔다. 이 후, 세포가 파괴되었지만 아직 증상을 일으키지 않는 중요한 순간에 SFB는 손상된 세포를 없애고 감염되지 않은 새로운 세포의 대체를 촉진하여 로타바이러스의 에너지가 점차적으로 소비시켜 감염성을 감소시키고 신체 데미지를 줄인다.

이후 SFB는 T림파세포(Th 17)의 비율을 증가시켜 장내 상피세포가 외래병원균의 공격을 막는 능력을 한층 더 높여준다. 이런 세포는 장내 점막상피 항균펩티드의 합성을 조절할 수 있는 두 가지 시토카인[cytokines](IL-17과 IL-22)을 분비하여 장내의 침입저항능력을 증가시킨다.

게다가, SFB는 체내에서 두 가지 T림파세포의 균형을 유지시켜[2] 인체의 질병대처 능력을 한층 더 높여준다. 외부의 병균을 막아내는 방어성 T림파세포(Th cells)가 병균을 저지한 후 조절성 T림파세포(Treg)가 균형을 이룬다. 균형을 이루지 않을 경우 방어성 T림파세포의 면역력이 과도하게 높아지므로 이 두 T림파세포가 균형을 이루고 상호작용하는 것이 중요하다.

구하기 힘든 "면역균"

장의 공생균인 SFB는 숙주 면역체계의 발달과 균형에 영향을 주고 외래병원균의 감염을 방어하며 손상된 점막조직을 복구하는 등 기능이 있다. 하지만, SFB는 기능이 많다고 해서 누구나 다 있는 것은 아니다.

연구에 따르면, 3분의 1 미만의 사람들만 체내에 SFB가 있다고 밝혔다. SFB는 유전자에 따라 후대에게 전달될 수 있다. 그러나 이 세균은 유전되는 과정에서 환경과 음식 요인의 영향을 받아 돌연변이가 발생할 수 있으며, 이런 이유로 SFB는 뚜렷한 생물학적 특이성을 보이고 있다.

또 다른 연구는 20 세에서 대부분의 사람들이 전형적인 원인 없이 설사, 메스꺼움을 경험했으며, 시간이 지남에 따라 일정한 제한성을 가졌다. 연구 결과 이런 사람들의 체내에는 SFB가 없는 것으로 나타났다.

현재 체외에서 획득 불가능한 SFB

SFB는 활생균(probiotics)과 같은 박테리아로, 몸속에 SFB가 없는 많은 사람들은 활생균을 통해 SFB를 얻으려고 하고 있지만, 아직까지는 큰 진전이 없다.

같은 장내의 세균이지만 SFB는 활생균의 범주에 속하지 않는다. SFB와 활생균의 로타바이러스에 대한 대응구조가 완전히 다르다. 활생균은 환자의 장내 미생물을 개선하여 바이러스의 복제를 억제하고, 장점막 상피세포의 확산을 촉진하여 상피세포가 바이러스의 공격을 받지 않도록 보호한다. 따라서, 앞으로 체외에서 SFB를 얻을 수 있다 하더라도 활생균을 보충하는 방식으로는 얻을 수 없다.

체외에서 SFB를 얻을 수 있는 임상방법은 없지만 과학자들은 이미 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction), FISH 현장혼성화(in situ hybridization), 특수 단백질 검출 검사(Western-blotting)와 단백질 질량 분광분석법(protein mass spectrometry) 등 방법으로 인체내의 SFB[3]를 감지해냈다. 또한 체외에서 로타바이러스를 SFB가 함유된 분뇨와 함께 배양하고 분뇨를 이식하는 방식을 통해SFB가 없는 사람에게 이식할 수 있으며, 이식 후의 SFB는 여전히 로타바이러스를 막아내는 역할을 발휘할 수 있다. 이런 방법들은 여전히 임상실험을 통해 증명이 필요하지만 앞으로 기대해 볼 만하다.

반면, 체내 SFB가 없는 사람들이 지금 병에 걸리면 증상에 따라 활생균을 보충하는 것이 가장 좋은 방법이라 할 수 있다.

참고 문헌:

[1] Shi Z, Zou J, Zhang Z, et al. Segmented Filamentous Bacteria Prevent and Cure Rotavirus Infection[J]. Cell. 2019 Oct 8;. doi: 10.1016/j.cell.2019.09.028.

[2] Wang Yu, Yin Yeshi, Wang Xin. 장 분절사상균(SFB)과 숙주간의 상호작용관계연구진전[J].미생물학면역학진전, 2011, 39(03):78-81.

[3] Chen Huahai. 장 분절 사상균 SFB의 체외 검측 및 배양[A]. 저장성 미생물학회. 2017년 저장성 미생물학회 청년포럼 미생물 및 건강 세미나 회의 자료[C]. 저장성 미생물학회: 저장성 과학기술협회, 2017:1.