홀로비온트 관점

홀로비온트 관점(A Holobiont Perspective)

홀로비온트 관점(A Holobiont Perspective)

지금까지 우리는 유전적 관점에서, 한 종의 특성을 규정하는 요소가 개별 개체의 유전체(genome)에 암호화되어 있는 것처럼 이야기해 왔다. 그러나 인간 세포만 놓고 보면, 그것은 우리 몸을 구성하는 세포의 약 10퍼센트에 불과하다. 나머지 90퍼센트는 피부, 구강, 그리고 위장관을 집락화하고 있는 미생물 공동체로 이루어져 있다.

이들 전체가 인간의 마이크로바이옴(microbiome)을 구성한다. 마이크로바이옴은 우리 신체의 통합적 일부를 이루며, 소화와 면역 기능에서 핵심적인 역할을 수행한다. 동물 생리학에서 마이크로바이옴의 역할에 대한 인식이 확대되면서, 유기체란 무엇인가에 대한 재고가 촉발되었다. 즉, 유기체는 단순한 단일 생식계통(germline)의 세포들로 이루어진 자율적 네트워크가 아니라, 하나의 단위로 함께 진화하며 개별 구성원을 따로 떼어 놓고는 이해할 수 없는, 크고 상호의존적이며 공생적인 공동체, 곧 홀로비온트(holobiont)라는 것이다.

태반을 지닌 포유류, 그중에서도 대부분의 경우 인간에서, 1차 접종(primary inoculation), 즉 신체가 최초로 미생물 공동체에 의해 집락화되는 순간은 출산 과정에서 발생한다. 이후 모유 수유를 통해, 그리고 음식과 생활공간을 공유하는 과정을 통해, 동물의 생애 전반에 걸쳐 2차 접종(secondary inoculation)이 지속된다.

장내 마이크로바이옴은 식단에 대해 극도로 민감하게 반응하며, 식단의 변화에 따라 서로 다른 종류의 미생물이 차지하는 상대적 비율이 불과 몇 시간 안에 달라질 수 있다.

이러한 반응을 어떻게 관찰할 수 있을까? 장내 마이크로바이옴을 샘플링할 때, 특정한 계통형(phylotype), 예컨대 종이나 속에 속하는 생물들만을 대상으로 삼을 수는 없다. 대신, 전체 공동체의 리보솜 RNA(rRNA)를 시퀀싱할 수 있다. rRNA 유전체의 한 영역인 16S는 분류학적 식별을 위한 표지(marker)로서 특히 유용함이 입증되어 왔다. 전체 미생물 공동체의 rRNA에서 16S 서열의 상대적 풍부도를 평가함으로써, 기능적으로 의미 있는 서로 다른 분류군(taxon)이 차지하는 상대적 비율을 확인할 수 있다.

실험적으로 볼 때, 이 기법은 인간 장내 마이크로바이옴이 지닌 놀라운 가소성(plasticity)을 입증하는 데 사용되어 왔다. 한 연구에서 참가자들은 5일 동안 엄격한 식물성 식단 또는 엄격한 동물성 식단을 유지하도록 요청받았다. 그 결과 장내 마이크로바이옴의 분류학적 프로파일이 빠르게 재편성되는 것이 관찰되었다.

식물성 식단을 따른 참가자들의 마이크로바이옴은 초식동물의 마이크로바이옴과 기능적으로 유사해졌고, 동물성 식단을 따른 참가자들의 마이크로바이옴은 육식동물의 마이크로바이옴과 기능적으로 유사해졌다. 이러한 분류학적·기능적 차이는 결장에서의 미생물 대사산물의 상대적 풍부도 변화로도 반영되었는데, 구체적으로는 탄수화물(식물성 식단의 경우) 또는 아미노산(동물성 식단의 경우) 발효와 연관된 단쇄지방산(short-chain fatty acids)의 변화로 나타났다.

이 연구의 저자들은 인간 장내 마이크로바이옴에서 나타나는 이러한 빠른 기능적 가소성이 “인간 진화 과정에서 작용했던 선택 압력의 흔적을 반영하는 것일 수 있다”고 가설을 제시한다.

다시 말해, 다양한 식품의 상대적 가용성에서 나타나는 계절적·일상적 변동성이 그러한 선택 압력으로 작용했을 가능성이 있다는 것이다. 그러나 실제로 인간 장내 마이크로바이옴이 독보적으로 다재다능하다고 가정할 만한 근거는 없다. 혹은 보다 정확히 말하자면, 인간 장내 마이크로바이옴이 독특한 다재다능성을 보이는 정도까지는, 그것이 인간이 지닌 독특한 식이적 다재다능성의 결과라고 보아야 한다.

실제로 마이크로바이옴의 다재다능성이 인간의 식이적 다재다능성을 매개(mediate)하는 것은 분명하지만, 그것이 진화적 의미에서 그러한 식이적 다재다능성을 가능하게 했는지(enabled)에 대해서는 명확하지 않다. 다른 호미닌, 즉 침팬지, 보노보, 고릴라와 비교해 보면, 인간은 알파 다양성(개체 하나의 마이크로바이옴 내 계통형의 다양성)과 베타 다양성(개체 간 차이) 모두에서 극적으로 빈곤한 마이크로바이옴 다양성을 보인다.

인간이 다른 영장류에 비해 박테로이데스(Bacteroides) 종의 신호가 높다는 점에서는 동물성 식품 소비에 대한 장기적 적응을 확인할 수 있다. 그러나 박테로이데스의 유병률은 인간 집단 간에도 상당한 차이를 보이며, 이는 식단 내 육류 및 포화지방 섭취 수준의 차이를 추적하는 데 활용될 수 있다.

또한 전통 사회, 즉 지역에서 생산된 식품만을 섭취하는 공동체와, 산업적으로 생산된 식품을 섭취하는 현대 도시 사회 사이에서도 마이크로바이옴 다양성의 손실이 관찰된다. 여기에는 후기 소규모 농경민과 다른 비인간 호미닌의 장에서 풍부하게 존재하던 트레포네마(Treponema) 종의 완전한 소실이 포함된다. 트레포네마는 복합 탄수화물의 대사와 연관되어 있는 것으로 알려져 있다.

장내 마이크로바이옴의 특징을 기준으로 판단한다면, 만약 어떤 집단이 있다면 그것은 수렵채집인이 아니라, 오히려 동물성 소비에 특화된 “현대” 도시 인구, 특히 미국과 같은 사회일 것이다.