장 속 세균은 왜 살고, 섬유질을 늘리면 종류가 늘어날까

장에는 세균을 비롯한 미생물이 삽니다. 사람이 소화하지 못하는 섬유질이 대장까지 내려오고, 미생물은 그것을 발효해 에너지를 얻습니다. 가짓수는 그 자체로 건강 점수가 아닙니다. 그래도 가짓수가 적은 쪽을 대사·염증 지표와 같이 본 조사가 있어서, 식단 시험은 다양성을 결과로 둡니다. 섬유질을 늘리는 것과 발효식품을 늘리는 것을 따로 두고 그 질문을 본 시험이 있습니다.

장에 미생물이 사는 이유

식이섬유는 사람의 소화 효소로 잘 끊기지 않아 대장까지 갑니다. 장내 미생물은 그 섬유질을 발효하고, 짧은 지방산을 만듭니다. 그 가운데 부티레이트는 대장 벽 세포가 주로 쓰는 에너지원으로 불립니다. 미생물이 자리와 먹이를 먼저 차지하면, 밖에서 들어온 균이 쉽게 정착하지 못합니다. 면역세포는 이미 사는 미생물과 신호를 주고받으며, 음식과 상재균에는 과하게 반응하지 않도록 훈련됩니다.

중요한 것은 균 하나의 많고 적음보다, 발효와 장벽과 정착 억제가 유지되는지입니다. 그 일이 유지되면 배변 리듬이 비교적 일정하고, 같은 식사 뒤의 가스와 설사가 반복되기 어렵습니다. 일이 약해지면 가스, 복통, 설사나 변비가 생깁니다. 항생제로 종류가 줄어든 빈자리에는, 독소를 만드는 균이 앉기도 합니다. 장벽이 느슨해지면 세균의 성분이 더 쉽게 넘어가고, 낮은 강도의 염증과 함께 관찰됩니다. 균 구성이 먼저 무너진 것인지, 염증이 환경을 먼저 바꾼 것인지는 이 연관만으로 가리지 못합니다.

불균형은 좋은 균과 나쁜 균의 비율이 어긋났다는 뜻이 아닙니다. 건강한 사람의 구성은 식사와 나이에 따라 이미 다릅니다. 이 글에서 불균형은 종류가 줄고, 섬유질 발효 같은 일이 약해지거나, 균이 있어야 할 곳이 바뀐 상태를 말합니다. 항생제, 섬유질이 거의 없는 식사, 장 감염, 장의 염증이 그런 상태를 만듭니다. 아래 조사는 유전자 수가 적은 쪽과 체지방·염증 지표를 한 시점에서 같이 본 것입니다. 불균형이 그 지표를 일으켰다는 증거는 아닙니다.

좋은 유산균과 나쁜 유산균

유산균은 당을 발효해 젖산을 주로 만드는 세균입니다. 요구르트와 김치에서 익숙한 균이 여기 들어갑니다. 좋은 유산균과 나쁜 유산균은 종의 이름이 아닙니다. 같은 종이라도 균주마다 위산에 견디는 정도, 장에 붙는 능력, 면역에 주는 신호가 다릅니다. 사람 연구에서 반복된 효과는 특정 균주의 것이고, 유산균 전체의 것은 아닙니다.

이 글에서 좋은 유산균은, 그 사람에게 그 목적으로 쓴 그 균주가 병원균과 자리를 다투거나 장 환경을 바꾸는 일이 확인된 경우입니다. 나쁜 유산균이라는 별도의 무리는 없습니다. 증거가 없는 균주를 많이 넣어도 위산에서 죽으면 의미가 작고, 히스타민을 만드는 균주는 그 물질에 예민한 사람에게 불편할 수 있습니다. 소장에서 발효가 이미 많은 사람에게는 유산균 제품이 가스를 늘리기도 합니다. 중환자나 면역이 크게 떨어진 사람에서는, 보통 안전한 생균도 혈류로 들어가는 일이 드물게 보고됩니다.

사카로마이세스 보울라디는 이 이야기에 자주 끼지만 유산균이 아닙니다. 논문에서는 이 미생물을 Saccharomyces boulardii라고 부릅니다. 세균이 아니라 효모입니다. 항균 항생제에 죽지 않고, 복용을 멈추면 장에 눌러살지 않은 채 대변으로 나갑니다. 2015년 Hanna Szajewska 연구팀은 무작위 시험 21개, 4780명을 모았습니다. 항생제를 쓰는 동안 이 효모를 넣은 쪽의 항생제 연관 설사는 18.7%에서 8.5%로 낮았습니다(위험비 0.47, 95% 신뢰구간 0.38–0.57). 설사 한 건을 막으려면 10명을 치료해야 한다는 계산입니다(95% 신뢰구간 9–13). 어린이는 20.9%에서 8.8%(6개 시험, 1653명, 위험비 0.43, 95% 신뢰구간 0.3–0.6), 성인은 17.4%에서 8.2%(15개 시험, 3114명, 위험비 0.49, 95% 신뢰구간 0.38–0.63)였습니다. 클로스트리듐 디피실 연관 설사는 어린이 2개 시험(579명)에서 위험비 0.25(95% 신뢰구간 0.08–0.73)였고, 성인 9개 시험(1441명)에서는 위험비 0.8(95% 신뢰구간 0.47–1.34)로, 줄었다고 말하기 어려웠습니다. 클로스트리듐 디피실은 항생제 뒤의 빈자리에 앉아 독소로 설사를 일으키는 세균입니다. 이 숫자는 건강한 사람의 장내 가짓수를 늘린 결과가 아닙니다. 아래 10주 시험은 이 효모를 쓰지 않았습니다.

다양성은 왜 보나

이 글에서 다양성은 검출된 미생물 종류의 수와, 그 종류가 얼마나 고르게 나뉘어 있는지를 말합니다. 관찰된 서열 변이 수는 종류의 개수이고, Shannon 지수는 개수와 고른 정도를 같이 봅니다.

2013년 Emmanuelle Le Chatelier 연구팀은 덴마크 성인 292명의 대변에서 미생물 유전자 수를 셌습니다. 비만은 169명, 비만이 아닌 사람은 123명이었습니다. 48만 개 미만을 낮은 쪽, 그 이상을 높은 쪽으로 나눴습니다. 낮은 쪽은 68명으로 전체의 23%였고, 평균 유전자 수는 38만 개와 64만 개로 약 40% 차이였습니다.

낮은 쪽의 체지방률 중앙값은 37%(사분위 29–42), 높은 쪽은 31%(25–39)였습니다. 나이와 성별을 보정한 p = 0.0069, 여러 비교를 감안한 q = 0.022입니다. 공복 인슐린, 인슐린 저항 지표 HOMA-IR, 염증 지표 hsCRP의 중앙값은 각각 50 대 44 pmol/L, 1.9 대 1.6, 2.3 대 1.4 mg/L이었습니다. 비만인 사람 가운데 유전자 수가 낮은 쪽은 지난 9년 동안 체중을 더 늘렸습니다.

이 조사는 한 시점의 대변과 혈액을 비교한 것입니다. 유전자 수를 연속된 숫자로 보면 체중과 BMI의 연관은 유의하지 않았습니다(p = 0.12, p = 0.11). 유전자 수는 아래 시험의 서열 변이 수와 같은 척도가 아닙니다. 다양성을 올리면 이 지표가 좋아진다는 결과도 아닙니다. Wastyk 논문이 다양성을 가설에 넣은 근거로 인용한 조사 중 하나입니다.

무엇을 봤는지

2021년 Hannah Wastyk 연구팀은 건강한 성인을 두 그룹으로 나눴습니다. 분석에 남은 사람은 각 18명이었습니다. 논문 결과는 평균 나이 51세(표준편차 12), 평균 BMI 25(표준편차 4), 여성 73%로 적습니다.

한 그룹은 4주 동안 섬유질을 올리고 6주 동안 그 양을 유지했습니다. 다른 그룹은 같은 일정으로 발효식품을 올렸습니다. 목표는 평소보다 섬유질을 하루 20g 이상, 또는 발효식품을 하루 6회 이상 더하는 것이었고, 견딜 수 있으면 더 먹도록 안내했습니다. 섬유질 쪽은 콩, 씨앗, 통곡물, 견과, 채소, 과일을 쓰도록 했습니다. 발효식품 쪽은 요거트, 케피어, 발효 코티지 치즈, 김치 같은 발효 채소, 절임 국물, 콤부차를 쓰도록 했습니다. 음식은 연구자가 제공하지 않았고, 참가자가 2주마다 3일치 식사를 기록했습니다. 대변으로 미생물을, 혈액으로 면역 지표를 봤습니다. 임상시험 등록번호는 NCT03275662입니다.

이 시험에서 발효식품 1회는 콤부차·요거트·케피어 6온스, 김치·사우어크라우트 등 발효 채소 4분의 1컵, 채소 절임 국물 2온스였습니다.

결과

섬유질 그룹의 하루 섬유질은 시작 21.5g(표준편차 8.0)에서 유지기 끝 45.1g(표준편차 10.7)이 되었습니다. 이 그룹의 발효식품 섭취는 그대로였습니다. 미생물 다양성은 관찰된 서열 변이, Shannon 지수, 계통 다양성 모두 집단 전체에서 시작과 비교해 바뀌지 않았습니다. 균 하나의 상대 비율이 이 그룹 전체에서 시간에 따라 유의하게 변한 것도 없었습니다.

바뀐 것은 기능이었습니다. 식물 세포벽 탄수화물을 분해하는 효소 유전자 11개의 상대량이 늘었습니다. 대변 단백질 가운데 미생물에서 온 것의 비율도 늘었습니다(−2주 대비 p = 0.003). 섬유질을 더 먹은 사람일수록 대변에 남은 탄수화물도 많았습니다(p = 0.0008). 부티레이트는 늘지 않았습니다. 이소부티르산, 이소발레르산, 발레르산은 줄었습니다.

1차 결과인 사이토카인 반응 점수는 두 그룹 모두 차이가 없었습니다. 섬유질 그룹 안에서는 면역 반응이 한 방향이 아니었습니다. 시작 때 미생물 가짓수가 더 많은 무리와, 염증 신호가 늘어난 무리는 그 시작 가짓수가 달랐습니다(p = 0.037). 먹은 섬유질 총량은 이 무리들 사이에서 다르지 않았습니다.

대변은 물러졌습니다. Bristol 점수는 시작 3.3±0.3에서 유지기 끝 4.1±0.3이었습니다(p = 0.004).

발효식품 그룹은 하루 0.4회(표준편차 0.6)에서 유지기 끝 6.3회(표준편차 2.9)가 되었습니다. 이 그룹의 섬유질은 그대로였습니다. 미생물 다양성은 기간에 따라 늘었습니다(관찰된 서열 변이 p = 0.0023, Shannon 지수 p = 0.0014). 혈청에서 본 93개 염증 관련 단백질 중 19개가 줄었고, 여기에는 IL-6가 있습니다(거짓발견율 0.05 이하). 그 19개는 섬유질 그룹에서 줄지 않았습니다.

새로 검출된 서열 변이 가운데 발효식품에서도 나온 것의 비율은 초기에 5.4%에서 정점을 찍었습니다. 다양성이 늘어난 이유를, 음식 속 미생물이 그대로 장에 자리 잡은 것으로 보기는 어렵습니다.

한계

대상은 건강한 성인이고, 각 그룹 18명입니다. 대조군은 없습니다. 같은 사람의 전후와 두 식단의 비교로 봤습니다. 음식은 참가자가 골랐고, 기록도 참가자가 썼습니다. 중재는 10주입니다. 장 질환이 있는 사람에게 같은 숫자가 나온다고 읽을 수는 없습니다.

1차 면역 결과는 비어 있습니다. 다양성과 19개 단백질은 그 다음으로 본 결과입니다. 섬유질을 올리면 다양성이 늘어날 것이라는 가설은 이 데이터에서 맞지 않았습니다. 대변에 탄수화물이 남은 것은, 늘어난 섬유질을 그 미생물이 모두 발효하지 못했다는 해석과 맞닿아 있습니다.

Le Chatelier 조사의 유전자 수 차이를, 이 10주 시험에서 서열 변이가 움직이면 체지방이나 hsCRP도 같이 움직인다는 뜻으로 읽으면 안 됩니다. 두 논문의 척도와 설계가 다릅니다. Szajewska 연구의 설사 비율도, 이 식단 시험에서 세균의 종류가 늘거나 줄었다는 뜻이 아닙니다. 한쪽은 항생제를 쓰는 사람의 설사이고, 다른 쪽은 건강한 성인의 식단입니다.

기록할 때

이 논문과 맞닿은 기록은 섬유질 그램과 발효식품이 따로 보이는지입니다. 캡슐로 넣은 효모와, 요거트·김치처럼 음식에 들어 있는 발효는 같은 줄이 아닙니다. 섬유질 합계가 21.5g에서 45.1g이 되어도, 이 시험의 다양성은 그 합계를 따라가지 않았습니다. 사진에서 요거트, 김치, 콩, 잡곡이 빠지면 두 축 중 하나가 기록에서 사라집니다. 김치는 채소의 섬유질과 발효를 같이 가지므로, 그램만 남고 발효 여부가 빠지면 이 연구가 갈라 둔 조건과 달라집니다.