장내미생물은 인간의 지능과 학습에 영향을 준다. 생쥐를 대상으로 한 실험들이 이를 잘 보여 준다. 항생제를 투여해 장내 미생물 수를 줄이거나, 무균 상태에서 기른 생쥐는 외부의 환경 변화를 인식하는 능력이 크게 떨어진다. 이들 생쥐는 소교세포(microglia)의 유전자 발현에 변이가 생겨 시냅스 가지치기(pruning)가 교란되고, 학습에 필수적인 시냅스 생성이 방해를 받는다.
생쥐의 장내 미생물을 복원하면 학습 능력을 되살릴 수 있다. 무균 생쥐는 기억 능력을 되살릴 수 있지만, 반드시 태어난 직후에 개입해야 가능했다. 이는 장내 미생물이 생애 초기부터 인지 능력에서 핵심적인 역할을 한다는 걸 시사한다. 이러한 실험 결과를 보면 인간의 장과 뇌의 축(gut-brain axis)이 인지 능력과 학습에 중대한 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 장내미생물이 엄마로부터 태아에게 전달되므로 엄마의 장내미생물도 중요할 것이다.
장내미생물이 뇌와 지능발달에 얼마나 중요한지를 보여주는 결정적인 연구가 2026년 나왔다. 무균 상태로 사육된 생쥐에 인간과 다람쥐원숭이(common squirrel monkey)처럼 상대적으로 큰 뇌를 가진 영장류의 장내 미생물을, 마카크원숭이(macaques)처럼 작은 뇌를 가진 영장류의 장내 미생물을 각각 이식하는 실험을 했다. 8주 후 큰 뇌 영장류의 미생물을 이식받은 생쥐에서는 에너지 생산과 시냅스 가소성(신경 회로가 학습과 경험에 따라 변화하는 능력)에 관여하는 유전자의 활성이 증가했다. 반면 작은 뇌 영장류의 미생물을 이식받은 생쥐에서는 활성도가 상대적으로 낮았다. 생쥐의 뇌 유전자 발현 패턴을 인간과 마카크원숭이의 뇌 데이터와 비교했더니 상당수 패턴이 일치했다. 미생물만 바꿨을 뿐인데, 생쥐의 뇌가 실제 해당 영장류의 뇌와 유사한 유전자 발현 양상을 보인 것이다. 미생물이 뇌 기능 형성에 직접적으로 기여할 수 있다는 실험적 증거이다. 인간에게 맞는 장내미생물이 인지기능에 얼마나 중요한지를 보여준다.
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2426232122