오늘날 "위장관 세균이 인간의 건강과 질병에 영향을 미친다"라는 사실을 입증하는 증거가 속속 발표되면서, 많은 이들이 위장관 세균의 위력을 새삼 실감하고 있다. 그러나 정작 우리에게 절실한 의문, 즉 `어떤 음식을 먹어야 건강에 이로운가`라는 문제에 대해 시원한 답변을 내놓은 연구결과는 아직 없는 듯하다. 이제 인간을 대상으로 한 연구에서, "급격한 식단 변화가 위장관 세균의 구성을 신속히 변화시키며, 나아가 위장관 세균의 기능까지도 변동시키게 된다"는 사실이 최초로 밝혀졌다. 이는 위장관세균(집단적으로 `gut microbiome`이라고 부름)이 인간의 건강을 지켜주는 방식을 정확히 짚어내기 위한 첫걸음을 내디딘 것으로 평가된다.

"이번 연구는 `장내 미생물이 얼마나 빨리 변화하는가`에 대한 기존의 견해를 완전히 뒤집은 기념비적 연구"라고 콜로라도 대학교의 롭 나이트 교수(미생물 생태학)는 말했다. (나이트 교수는 이번 연구에 관여하지 않았다.) 최근 하루가 멀다하고 위장관 세균과 각종 질병 간의 관련성을 다룬 연구들이 쏟아져 나오고 있다. 마우스를 대상으로 한 실험이기는 하지만, 위장관 세균과 관련된 것으로 알려진 질병들은 비만에서부터 자폐증에 이르기까지 매우 다양하다. 그러나 과학자들은 이 같은 위장관 세균이 실제로 인간의 건강에 미치는 영향을 정확히 짚어내는 데 어려움을 겪고 있다. 왜냐하면 장내 미생물을 변화시켜 그것이 건강에 미치는 영향을 분석하려면 수 주~수 개월의 시간이 필요한데, 그렇게 오랫동안 피험자들로 하여금 식단을 변화하도록 요구하기가 어렵기 때문이다.

그러나 2009년, 하버드 대학교의 피터 턴바우 교수(미생물학)는 "마우스의 먹이를 바꾼 결과, 하루 만에 장내 미생물총에 변화가 발생했다"라고 발표한 바 있다. 그 후 턴바우 교수는 듀크 대학교의 로렌스 데이비드 교수(컴퓨터 생물학)와 팀을 이루어, 인간의 경우에도 식단 변화가 장내 미생물총을 신속히 변화시킬 수 있는지를 알아보기로 결정했다. 두 사람이 이끄는 연구진은 열 명의 지원자를 모집하여, 5일 동안 연구진이 제공하는 음식만을 먹게 했다. 지원자 중 절반은 동물성 식품만을 먹었는데, 구체적인 메뉴는 아침에는 베이컨과 달걀, 점심에는 돼지갈비와 가슴살, 저녁에는 살라미 소시지와 치즈였다. 다른 절반은 채식을 했는데, 구체적으로 곡물, 콩, 과일, 채소와 함께 고섬유질 식품을 섭취했다. 한편 정확한 연구를 위한 참고자료로, 피험자들은 실험 실시를 전후하여 며칠 동안 자신들이 먹은 식품 목록을 연구진에게 제출하였다.

연구진은 다양한 시점(시험 전, 시험 도중 매일, 시험 이후)에 지원자들의 대변을 채취하여 DNA와 기타 분자들을 분리했다. 연구진은 이 같은 방법으로, 피험자들의 위장관에 존재하는 세균의 종류, 그 세균들이 생성하는 물질들을 확인할 수 있었다. 또한 연구진은 미생물들의 유전자 활성도 분석했다. 분석 결과, 시간이 경과함에 따라 동일 그룹에 속한 지원자들 간의 장내 미생물총 구성은 거의 같아졌다. 지원자들의 위장관 속에 존재하는 세균의 종류는 시간이 지나도 별로 달라지지 않았지만, 세균별 구성비율은 크게 달라졌다. 4일째 되는 날, 육식 그룹에서는 담즙산에 견딜 수 있는 세균의 수가 증가한 것으로 나타났다. (인체는 고기를 먹을 경우 이를 소화시키기 위해 더 많은 담즙을 분비한다.)

한편 지원자들은 위장관 세균의 유전자 활성도 약간 달라진 것으로 나타났는데, 이는 세균이 음식을 대사하는 방법이 달라졌다는 것을 의미한다. 즉, 육식 그룹의 경우 단백질 분해효소를 코딩하는 유전자의 활성이 증가한데 반해, 채식 그룹의 경우 탄수화물 분해효소를 코딩하는 유전자의 활성이 증가했다. 놀라운 것은, 채식 그룹과 육식 그룹의 유전자 발현 프로파일이 각각 채식동물, 육식동물과 매우 유사한 것으로 밝혀졌다는 것이다. 심지어 오랫동안 채식만을 해 왔던 지원자의 경우에도, 연구를 위해 며칠 동안 육식을 했음에도 불구하고 장내 미생물총 구성이 신속하게 변화한 것으로 나타나 연구진을 놀라게 했다.

"위장관 세균은 숙주가 섭취하는 음식의 종류에 따라 신속하게 바뀌어 적절한 대사능력을 유지한다. 진화론적 관점에서 볼 때, 이러한 신축성은 (식생활이 일정치 않았던) 초기 인류에게 매우 유리했을 것으로 보인다. 그러나 이는 현대인에게도 시사하는 점이 많다"고 연구진은 말했다.

전문가들은 이번 연구에 대해 찬사를 보내고 있다. "이번 연구결과는 오늘날 가장 큰 관심을 모으고 있는 분야(장내 미생물)를 위해 매우 중요한 자료를 제공했다"고 아일랜드 유니버시티 칼리지의 콜린 힐 교수(미생물학)는 논평했다. "이번 연구는 `식단 조절을 통해 특정 위장관 세균의 구성을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 건강을 증진시킬 수 있다`는 사실을 입증했다"고 캘리포니아 공대의 사르키스 매즈매니언 교수(미생물학)는 말했다. (두 사람은 이번 연구에 참가하지 않았다.)

그러나 이번 연구는 "식단 조절을 통해 장내 미생물총 구성을 신속히 바꿀 수 있다"는 사실을 입증했을 뿐, 어떤 미생물총 구성이 건강에 이로운지를 밝히지는 못했다. "육식 그룹에게서 증가한 것으로 나타난 Bilophila wadsworthia의 경우, 동물실험에서 고지방식 및 염증성장질환(IBD: inflammatory bowel disease)과 관련된 것으로 밝혀진 바 있다. 그러나 우리는 아직 미생물총의 조성을 긍정적으로 유지하는 데 필요한 합리적 식단(sensible diet)을 권고할 만한 단계에 도달하지 못했다"고 연구진은 말했다. "위장관 세균과 건강 간의 인과관계를 밝혀내려면 아직도 갈 길이 멀다. 현재로서 우리가 제시할 수 있는 최선의 권고사항은 `육식이든 채식이든 잡식이든, 충분한 영양소와 미량영양소가 함유된 식품을 골고루 섭취하라`는 것"이라고 연구진은 덧붙였다.
※ 원문정보: "Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome", Nature, Published online 11 December 2013.