수피안 벨 라리: 반려견의 장내 미생물 조성과 연령 및 기억 수행 능력의 연관성

[02:29 - 02:40] 더 나아가기 전에 장-뇌 축이 무엇인지 이해할 필요가 있습니다. 간단히 설명해 드리겠습니다. 장-뇌 축은 장과 뇌 사이의 양방향 소통 체계로 구성됩니다. [02:40 - 02:54] 최근 연구 발전에 따르면 장과 뇌 사이의 양방향 소통은 신경, 면역계, 호르몬 연결을 통해 이루어지며, 여기서 보시는 도파민, 코르티솔 등 신경전달물질 및 기타 호르몬이 포함됩니다. [02:54 - 03:09] 예를 들어 우리 장 속 미생물무리는 다양한 분자들을 생성합니다. 예컨대 세로토닌을 들 수 있는데, 이는 뇌 속의 신호전달물질로서 매우 중요하며 특히 기분에 영향을 주는 것으로 잘 알려져 있습니다. [03:09 - 03:22] 이 때문에 우울증이나 불안증에 처방되는 많은 약물이 뇌의 세로토닌 신호 전달에 작용하지만, 최근 신체 세로토닌의 대부분이 장에서 생성된다는 사실이 밝혀졌으며 이는 매우 놀라운 발견입니다. [03:22 - 03:35] 이제 장내 미생물 커뮤니티를 변화시켜 세로토닌을 생성하는 미생물을 도입함으로써 혈중 세로토닌 수치를 조절하고 행동까지 조절할 수 있게 되었습니다. [03:35 - 03:54] 요약하자면 이 상호작용은 매우 복잡하며 우리는 아직 그 전체 그림의 일부분만 파악하고 있을 뿐입니다. 향후 추가적인 대단한 발견들이 이 분야의 진실을 밝혀줄 것으로 기대됩니다. [03:54 - 04:06] 더 진행하기에 앞서 확실한 기반을 마련할 필요가 있습니다. 연구의 목표는 현재 발견했거나 향후 얻게 될 연구 결과를 인간에서의 연구 결과와 비교·적용하는 것이기 때문입니다. [04:06 - 04:26] 장-뇌 축 상호작용 연구 모델에 대한 이해를 바꾼 최근의 획기적 연구는 2018년 유럽분자생물학연구소의 루이스 페드로 코엘류(Luis Pedro Coelho) 연구팀에 의해 발표되었는데, 유전자 함량 면에서 개가 인간과 훨씬 더 유사하다고 보고했습니다. [04:26 - 04:41] 그림에서 보듯이 인간 유전자의 장내 미생물무리를 돼지, 쥐, 개와 비교 분석한 결과, 유전자 함량 측면에서 개와 인간 사이에 중첩되는 유사성이 나타났습니다. [04:41 - 05:11] 이는 수십 년간 사용되어 온 돼지나 쥐 대신 개가 장-뇌 축 연구의 다음 모델이 될 것임을 의미합니다. 에니쾨 선생님이 지적해주셨듯이 가정에서 생활하는 돼지에 대해서도 추가 연구를 진행하여 개와 유사한 점이 있는지 알아볼 필요가 있습니다. [05:11 - 05:21] 장과 뇌 사이에 실제로 상호작용과 연결성이 있음을 확인했으므로, 핵심 질문은 '개에서도 이러한 상호작용을 관찰할 수 있는가?'입니다. [05:21 - 05:39] 오리건 주립대학교의 니콜(Nicole) 연구팀은 장내 미생물무리가 개의 공격성과 실제로 관련이 있으며, 발현되기 전에 공격 행동을 진단하는 데 유용할 수 있음을 보여줌으로써 이 질문에 답했습니다. [05:39 - 05:59] 이는 마치 당뇨병 발병 위험을 혈액 검사로 미리 파악하여 예방 조치를 취하는 것과 같은 매우 훌륭한 발견입니다. 이 연구에서는 개의 공격 행동과 직접적으로 연관된 몇몇 세균 종을 식별해냈습니다. [05:59 - 06:15] 지금까지 저희 연구에서 다룬 개 장내 미생물무리에 관한 추가 질문들은 다음과 같습니다. '개도 이 점에서 인간과 유사할 수 있는가? 예컨대 노화, 뇌 기능, 장내 미생물무리 사이의 관계가 유사한가?' [06:15 - 06:26] 이 질문에 기반하여 저희는 장내 미생물무리와 개의 기억력 수행 능력 및 연령 간의 관계를 조사했습니다. 다양한 품종의 반려견 29마리를 대상으로 연구를 진행했습니다. [06:26 - 06:39] 저희가 실시한 실험은 기억력 테스트로 구성된 행동 검사였습니다. 보시는 바와 같이 반원 형태로 동일한 간격을 두고 배치된 5개의 열린 용기를 사용했습니다. [06:39 - 06:48] 테스트 진행 방식을 명확히 보여주는 짧은 영상을 보시겠습니다. 출발 위치에서 개는 미끼(먹이)가 들어가는 용기를 지켜봅니다. [06:48 - 07:05] 실험자가 용기에 먹이를 넣는 것을 확인한 후, 개와 보호자, 실험자가 함께 방 밖으로 나가 약 30초 동안 대기합니다. 30초가 지난 후... [07:05 - 07:24] 개가 다시 방으로 들어와 미끼가 든 용기를 찾도록 합니다. 이 과제는 5회 반복되었으며, 각 용기는 무작위 순서로 한 번씩 미끼가 담겼습니다. [07:24 - 07:38] 행동 테스트 후 분변을 채취했습니다. 가장 강조하고 싶은 부분은 채취부터 저장까지의 시간이 반드시 15분 이내여야 한다는 점입니다. [07:38 - 07:48] 분변은 개의 장내 미생물무리 상태를 보여주는 스냅샷이기 때문에 이 조건은 연구에 매우 중요합니다. '왜 1시간이 아닌 15분인가?'라는 질문을 많이 받았습니다. [07:48 - 08:02] 답은 매우 간단합니다. 세균은 동물이나 인간처럼 증식하지 않고 20분마다 2배로 증가할 수 있습니다. 세균 단 1개가 8시간 이내에 6천만 개, 10시간 이내에 10억 개로 증식할 수 있습니다. [08:02 - 08:18] 따라서 장내 미생물무리를 정확하게 평가하기 위해서는 분변 채취 및 냉동 보관 시 시간과 저장 조건을 철저히 준수하는 것이 연구에서 매우 중요합니다.

[08:18 - 08:31] 미생물학 부서에서 사용하는 실험 워크플로입니다. 방금 본 샘플 채취로 시작하여 샘플로부터 DNA를 추출하는 과정으로 진행됩니다. [08:31 - 08:43] 그 후 PCR을 통해 표적 유전자를 증폭하고, 전기영동 기법을 통해 PCR 실험의 품질을 확인합니다. [08:43 - 08:55] 이어서 DNA 시퀀싱을 진행한 후, 생물정보학(Bioinformatics) 과정을 거쳐 원시 데이터를 정제하고 샘플 내 주요 세균 종을 식별합니다. [08:55 - 09:10] 결과를 살펴보겠습니다. 세균 동정 결과 개에서 4대 주요 문(Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria, Actinobacteria)과 검출된 주요 속(Bacteroides, Prevotella, Fusobacterium)이 확인되었습니다. [09:10 - 09:23] 이들 세균 문과 속은 선행 연구에서도 검출되어 개 장내의 주요 세균으로 간주됩니다. 저희의 첫 번째 실험은 푸소박테리아(Fusobacteria) 비율과 개의 연령 및 전반적 장내 미생물무리 간의 관계를 보는 것이었습니다. [09:23 - 09:40] 개의 나이가 많아질수록 푸소박테리아 비율이 감소함을 관찰했습니다. 기존 개 대상 연구들과 비교했을 때, 이 세균은 야외 활동 접근성이 높은 개에서 높게 보고된 바 있습니다. [09:40 - 10:00] 푸소박테리아가 개의 노화와 연관되어 있음이 밝혀진 것은 이번이 처음입니다. 연령에 따라 어떤 세균이 변동하는지 아는 것은 향후 잠재적 프로바이오틱스 개발에 도움을 줄 수 있기 때문에 매우 중요합니다. 화면 설명 (00:00-10:00): Senior Family Dog Project 학술 발표 영상입니다. 연구 발표 화면에는 개 장-뇌 축(Gut-brain axis), 마이크로바이옴 구성 비중, 시계열 기억력 테스트 실험 영상, 분변 수집 절차(15분 내 냉동), 16S rRNA 시퀀싱 워크플로 및 연령에 따른 푸소박테리아(Fusobacteria) 감소 그래프가 시각적 슬라이드로 제시됩니다. [10:00] 사람의 경우, 비피도박테리움은 나이에 따라 변동하는 종이며, 현재 넥슬레나 다논 같은 주요 식품 기업들이 이 세균을 잠재적 프로바이오틱스로 주목하고 있습니다. [10:10] 우리가 수행한 두 번째 분석은 액티노박테리아 및 박테로이데테스 풍부도와 기억력 테스트 중 발생한 오류 횟수 간의 관계를 분석한 것입니다. 여기 그림에서 보시듯이, 기억력 오류가 증가함에 따라 박테로이데테스와 액티노박테리아의 풍부도가 증가한다는 결과가 나왔습니다. [10:31] 그래서 이 결과를 인간에 대한 연구 결과와 비교해 보았는데, 윌킨슨 알츠하이머병 연구 센터의 니콜라스와 동료들이 수행한 연구에서 유사한 연관성을 발견했습니다. 그들은 박테로이데테스 군집과 함께 액티노박테리아 종류가 알츠하이머병 환자와 연관이 있다고 보고했는데, 이는 개에서의 발견과 유사성을 보여주는 매우 중요한 결과입니다. [10:53] 또한 불과 몇 달 전(11월이나 12월경)에 발표된 최근 연구에서는 알츠하이머 환자의 혈액을 분석하여 세균의 주요 구성 성분 중 하나인 리포다당류라는 특정 화합물을 발견했습니다. 이를 통해 장내 마이크로바이옴 및 일반 마이크로바이옴과 알츠하이머 질환 사이에 연관성이 있다는 점을 명확히 알 수 있습니다. 말씀드렸듯이 우리는 이 거대한 분야의 시작점에 있으며, 이러한 발견을 입증하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. [11:29] 세 번째 분석은 샘플 간의 유사성입니다. 우리는 비모수 다차원 척도법(NMDS 서열화)을 수행했으며, 결과에 따르면 샘플들이 서로 매우 유사한 것으로 나타났습니다. 특히 박테로이데테스와 푸소박테리아가 모든 샘플에 걸쳐 풍부했습니다. 또한 단쇄지방산, 특히 뇌 발달에 매우 중요한 뷰티레이트를 생성할 수 있는 두 가지 세균 종류인 락토바실러스 속과 페칼리박테리움을 검출했습니다. [12:00] 결론적으로, 에니쾨 쿠비니(Enikő Kubinyi) 지도하에 시작되고 진행된 우리의 장-뇌 축 연구를 통해 개의 장내 마이크로바이옴과 기억력 수행 능력 사이에 상관관계가 있음을 확인했으며, 나이에 따라 풍부도가 변하는 세균 종류도 밝혀냈습니다. 나이가 들면서 풍부도가 감소하는 세균이 무엇인지 확인하는 것은 개를 위한 잠재적 프로바이오틱스 타깃을 설정하는 데 매우 중요합니다. [12:35] 하지만 여기서 보듯이 상관관계와 인과관계는 엄격히 구분해야 합니다. 장내 미생물군 연구에서는 이 점이 가장 중요합니다. 개에서의 기억력 수행 능력과 장내 마이크로바이옴 사이에 상관관계가 있다는 점이 확인된 만큼, 이제는 무엇이 무엇을 일으키는지 밝히기 위한 잘 설계된 추가 연구와 실험이 필요합니다. 예를 들어 'A라는 세균이 알츠하이머병을 유발할 수 있는가'와 같은 분석입니다. 일부 문헌에서는 알츠하이머병이 비가역적이라고 말하지만, 장내 마이크로바이옴이 신체 전반에 지대한 영향을 미친다는 점을 고려하면 알츠하이머병의 예방이나 치료법을 찾는 데 이것이 핵심이 될 수 있습니다. 이를 바탕으로 질병의 근본 원인을 다루는 새로운 치료법을 개발할 수 있습니다.

[13:16] 이것은 반려동물 개를 대상으로 하여 발표된 우리의 첫 번째 장-뇌 축 연구 논문이며, Animals 저널에 게재되었습니다. 운 좋게도 저희 논문은 보시다시피 300여 편의 논문 중 해당 호의 표지 논문으로 선정되었습니다. [13:36] 핵심 메세지를 전해드리자면, 저희 프로젝트의 목적은 반려견의 마이크로바이옴을 탐구하고 기술하는 것이며, 이를 통해 인간과의 유사점뿐만 아니라 중요한 차이점도 이해할 수 있습니다. 이러한 차이점을 파악하면 사랑하는 반려동물의 마이크로바이옴 필요에 부합하는 최선의 관리를 제공할 수 있기 때문입니다. [14:04] 경청해 주시고 참석해 주셔서 정말 감사드립니다. 개들과 인간 모두를 위해 진행된 이 실험에 도움을 주시고 저희 학과에 방문해 주셔서 진심으로 감사드리며, 여러분의 참여는 큰 도움이 되었습니다. 감사합니다. [14:23] 수피안 씨, 정말 감사합니다. 아만다 씨로부터 질문이 하나 들어왔습니다. 미생물군과 기억력의 차이를 유발하는 공통적인 원인, 예를 들어 스트레스 같은 요인이 있을 수 있나요? [14:41] 말씀드렸듯 장내 마이크로바이옴은 매우 복잡합니다. 스트레스 역시 장내 마이크로바이옴에 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 스트레스는 코르티솔과 같은 호르몬 분비를 촉진하여 인지 능력에 영향을 미칩니다. 장내 마이크로바이옴 또한 스트레스의 영향을 받으며, 행동과 체내 상태에 영향을 주는 호르몬, 전구물질, 전령 물질 및 다양한 화합물을 생성할 수 있습니다. [15:11] 좋습니다. 다음 질문은 재키 씨의 질문입니다. 그렇다면 건강한 노화를 지원하기 위해 식단용 프로바이오틱스나 음식 성분을 사용해 마이크로바이옴을 조절할 수 있나요? [15:31] 네, 프로바이오틱스는 다소 까다로운 개념입니다. 첫 번째 분석에서 보여드렸듯이 푸소박테리아 같은 특정 세균은 개가 늙어감에 따라 감소합니다. 따라서 이러한 세균을 연구하여 개에게 직접 공급할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 많은 기업들이 반려견 보호자들에게 권장하는 비피도박테리움이나 락토바실러스는 실제 개에게 효과적인 프로바이오틱스가 아닐 수 있습니다. 락토바실러스는 개의 장내에서 극히 일부분만 차지하며, 비피도박테리움은 생후 1개월에서 6개월 사이에만 잠시 존재할 뿐 거의 존재하지 않기 때문입니다. [16:19] 따라서 실험 결과에서 확인한 푸소박테리아를 표적으로 삼아 프로바이오틱스를 개발하는 것이 중요합니다. 그리고 이 세균을 표적으로 하는 프로바이오틱스를 개발하기 전, 푸소박테리아가 어떤 대사산물을 생성하는지 파악해야 합니다. 질문에 대한 답변으로는, 이러한 전용 프로바이오틱스가 개발된다면 반려견의 건강한 노화를 도울 수 있습니다. 우리는 이러한 세균이 향후 반려견의 노화 과정을 개선하는 데 유용할 것으로 예측하고 있습니다. [16:47] 좋습니다. 개의 건강과 행동 개선에 관한 매우 흥미롭고 기대되는 소식이네요. 발표 정말 감사드립니다. 화면 설명 (10:00-17:01): 발표자(Soufiane Bel Rhali)의 슬라이드 자료가 제시됩니다. 푸소박테리아 비율과 반려견 나이 간 상관관계, 장내 미생물 조성과 기억력 테스트 오류 수 간 상관관계 그래프, NMDS 서열화 분석도, 결론 요약도(원인과 결과 구분 강조), Animals 저널 표지 논문 선정 자료 및 반려견 장-뇌 축 프로젝트 개요가 화면에 표시됩니다. 14:23부터는 사회자와 발표자의 온라인 Q&A 화면으로 전환됩니다.

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