체력에 따른 장내 미생물 군집 서명의 특성 및 장 건강에 대한 함의 (MICROPEPS)

장내 미생물군은 소화관에 서식하는 모든 미생물(세균, 바이러스, 균류)을 포함합니다. 이 군집화는 출생 시 시작되며 식이, 항생제 사용, 수면, 스트레스, 신체 활동, 환경 요인 노출, 연령, 성별, 민족 또는 이민 배경과 같은 다양한 요인의 영향을 받아 평생 동안 진화합니다(Hou et al., 2022).

이 미생물 생태계는 숙주에게 소화 및 영양분 흡수, 면역 조절, 병원체로부터의 보호 등 여러 필수 기능을 수행합니다(Estaki et al., 2016). 특히 인간 효소로 소화되지 않는 식이 섬유와 같은 복잡한 탄수화물의 발효를 통해 특정 세균은 주로 부티레이트, 프로피오네이트, 아세테이트와 같은 단순 지방산(SCFA)을 생산합니다. 이러한 대사산물은 장벽 무결성 유지와 대장세포의 에너지 대사에서 핵심적인 역할을 합니다(Estaki et al., 2016).

미생물 구성 또는 기능이 다양성, 상대적 비율 또는 대사 경로에서 변화될 때, 이상균증 상태가 발생합니다. 이러한 불균형은 다양한 병리적 상태에서 빈번히 관찰되며, 당뇨병, 특정 암, 동맥경화증, 천식, 염증성 장질환(IBD), 심지어 우울증과 같은 질병 발병과 관련이 있는 것으로 나타났습니다(Hou et al., 2022).

IBD는 크론병(CD)과 궤양성 대장염(UC)을 포함합니다. CD는 위장관 전체에 걸친 불연속적인 병변을 특징으로 하는 반면, UC는 대장의 연속적이고 표재성 염증을 포함합니다. 이러한 병리학은 전 세계 인구의 0.3-0.5%에 영향을 미칩니다(Ng et al., 2017). 많은 연구에서 IBD 환자와 건강한 개인 간의 미생물군 구성에 상당한 차이가 있음이 입증되었으며(Oligschlaeger et al., 2019), 이는 장벽 기능 손상으로 이어집니다(Qiu et al., 2022).

동시에, 신체 활동이 활발한 개인의 장내 미생물군이 좌식 생활을 하는 사람들과 다르다는 증거가 증가하고 있습니다(Estaki et al., 2016; Clarke et al., 2014; Barton et al., 2017; Mohr et al., 2020).

최근 우리 실험실은 비활동적인 개인부터 고(엘리트 축구 선수) 및 매우 고(엘리트 사이클 선수) 운동 능력을 가진 엘리트 운동선수에 이르는 50명의 자원봉사자의 장내 미생물군을 특성화했습니다(EXOMIC, NCT05220657). 우리의 데이터는 운동 능력이 식이와 독립적으로 장내 미생물 생태계와 분변 SCFA 수준에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 흥미롭게도, 매우 높은 운동 능력을 가진 개인은 미생물 다양성, 밀도 및 기능적 경로 풍부도가 감소된 것으로 나타났으며, 이러한 미생물 생태계가 숙주의 에너지 대사와 운동 성능에 유익한지에 대한 의문을 제기합니다. 우리 코호트의 인간 기증자로부터 항생제 처리된 생쥐에 분변 미생물군 이식(FMT)을 사용하여, 우리는 추가로 운동 능력과 연결된 기증자 미생물군이 수용체 생쥐의 인슐린 감수성과 근육 글리코겐 저장에 영향을 미친다는 것을 입증했으며, 이는 운동 관련 장내 미생물군이 숙주의 대사 반응을 형성하는 데 있어 중요한 역할을 강조합니다(Martin et al., 2025).

이러한 맥락에서, 이 임상 연구는 좌식 생활을 하는 개인부터 고 또는 매우 높은 에너지 요구를 가진 엘리트 운동선수에 이르는 연속체에 걸친 장내 미생물군의 세균 메타게놈을 특성화하고, 특정 장내 미생물군 구성 및 기능적 프로파일이 다양한 수준의 운동 능력과 관련이 있는지 확인하는 것을 목표로 합니다. 이 프로젝트의 궁극적인 목표는 장 건강에 대한 향후 연구를 위한 분변 미생물군 생물은행을 구축하는 것입니다.

MICROPEPS 임상 프로토콜은 전향적, 단일 기관, 비교적, 최소 침습적 연구입니다. 이 프로토콜 내에서는 약물, 의료기기 또는 제품을 테스트하지 않습니다. 이 연구는 활발한, 훈련된, 그리고 고도로 훈련된 지구력 남성의 운동 능력과 장내 미생물군의 메타게놈 서명을 평가하기 위해 Exermove 플랫폼(M2S 실험실)에서 수행될 것입니다. 참가자는 세 번의 실험실 방문을 할 것입니다:

1. 등록 방문: 인체 측정, 식이 및 신체 활동 설문지. 참가자는 그 후 분변 수집 키트를 받아 7일 이내에 대변 샘플을 수집하여 보낼 것입니다.
2. 두 번째 방문: VO₂max를 결정하기 위한 점증적 사이클 테스트.
3. 세 번째 방문: 공복 상태에서, 휴식 시 및 최대하 운동 중 대사 평가.

이러한 테스트 중 측정된 대사 매개변수(예: VO₂max, 유산소 및 무산소 역치에서의 파워 출력, 최대 탄수화물 및 지질 산화)는 분변 샘플에서 얻은 메타게놈 샷건 데이터와 상관관계를 가질 것입니다.

또한, 이 연구는 운동 능력에 따라 계층화된 기증자의 분변 미생물군 생물은행을 구축할 것입니다. DSS 유도 대장염과 결합된 분변 미생물군 이식의 생쥐 모델을 사용하여, 최종 목표는 기증자의 운동 능력과 장내 미생물 생태계가 염증 반응과 장 투과성에 어떻게 영향을 미치는지 확인하는 것입니다.