운동 잘하는 사람은 마이크로바이옴(microbiome)도 다르다?

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요즘 대세 마이크로바이옴... 이젠 운동선수에게까지 손을 뻗쳤군요!! 운동능력과 마이크로바이옴이라... 생각도 못했는데요. 왕년에 운동능력 유전자를 조금 연구해본 사람으로써 기사를 안보고 넘어갈 수가 없었습니다.

이 연구에서는, 운동선수의 장(변)에서 마이크로바이옴을 분리하고 (시퀀싱하고... 마이크로바이옴 연구는 주로 16s rDNA sequencing을 통해서 종 분석을 합니다.) 어떤 종들이 분포하고 있는지 비교 하였습니다. 연구를 진행한 Jonathan Scheiman는 유명한 조지 처치 교수님 랩에서 포스닥을 거치고, 이 연구 결과를 기반으로 회사를 차렸네요. 회사 이름은 FitBiomics. 요즘은 뭐 하나 건지면 바로 회사 차리는게 유행인가 봅니다.

연구 내용을 보면, 첫 단계로 마라톤 선수의 마이크로바이옴을 비교했습니다. 보스톤 마라톤을 위해 훈련한 20명을 대상으로 레이스 전후 일주일 간격으로 마이크로바이옴을 분석한 결과... 레이스 전후로 특정 박테리아가 급격히 증가했다고 합니다. 이 박테리아는 젖산(lactic acid)를 분해하는 능력을 갖고 있다고 하는데요. 젖산은 보통 젖산 발효(lactic acid fermentation)과정에 의해 생성됩니다. 사람 몸에서 왠 발효? 한다면... 그럴때도 있습니다. 인체내에서는 근육에서 이런 일이 (운동을 아주 열심히 하는 사람에서만) 자주 일어나는데요. 산소가 없는 응급 상황에서 ATP를 계속 생산하기 위해 이런 반응이 일어나게 됩니다.

다들 배웠겠지만 복습하는 마음으로... 우리몸의 세포에서는 ATP라는 물질을 에너지로 이용하죠. 이 ATP를 생산하는 과정이 세포호흡입니다. 세포호흡의 첫 단계로, 세포질에서 해당과정(glycolysis)에 의해 피루브산과 함께 ATP가 생산되는데요.이 피루브산은 미토콘드리아로 들어가서 TCA cycle을 거쳐 ATP를 대량으로 생산합니다. 하지만 산소가 없을때에는 전자를 제대로 공급받지 못해서 미토콘드리아의 TCA cycle과 전자전달계가 정상적으로 작동될 수 없습니다.

우리가 격렬하게 운동하게 되면, 혈액을 통해 산소가 공급되는 속도보다 근육이 ATP를 소비하는 속도가 더 빨라지게 되고 결국 산소 부족으로 미토콘드리아에 의한 ATP생산이 제대로 작동되지 않게되죠. 이때 젖산 발효과정이 작동하기 시작합니다. 해당과정에는 NAD+라는 조효소가 전자전달자로써 반드시 필요하고, 해당과정을 거쳐 NADH로 전환된 애들이 다시 원래대로 돌아오려면 전자전달계를 거쳐야 합니다. 그런데 전자전달계가 멈춰버렸으니... 일단 급한 불을 끄기 위해 발효과정을 거쳐 NADH를 NAD+로 전환합니다. 이때 피루브산은 젖산으로 전환되고, 이렇게 복원된 NAD+를 이용하여 해당과정이 작동할 수 있게 되죠. 이런 과정을 통해서 최소한의 ATP를 생산하여 보충해주게 됩니다.

이 젖산이 몸에 많이 쌓이면... 많이 아픕니다. 격렬한 운동 후에 오는 통증이 주로 이 젖산 때문이라고 하죠. 얘네들은 몸에 산소가 정상적으로 공급되기 시작하면 다시 피루브산으로 전환되면서 ATP생산에 쓰입니다. 서서히 복구되는거죠... 하지만 오랜만에 운동했을 때 근육 통증이 며칠 가는 것처럼, 이들이 복원되는데도 어느정도 시간이 걸리죠. 이들 박테리아는 젖산의 분해를 도와줌으로써 근육의 피로를 빨리 풀어주는데 도움을 줄 수도 있다고 하네요. (사실일까...)

이어서 다른 연구를 또 진행했는데요. 이번에는 더 격렬한 울트라마라톤 선수들과 조정 선수들을 대상으로 동일한 연구를 진행했네요. 여기선 두 그룹에서 서로 다른 마이크로바이옴 분포를 확인했다고 합니다. 따라서 운동 타입에 따라 마이크로바이옴 분포도 달라질 수 있다고 하네요...

이 내용은 논문으로 발표되진 않은것 같고, American Chemical Society 학회에서 발표되었습니다. 아무래도 창업하기 위해 논문 발표는 안한것 같군요. 운동 타입에 따라 다른 마이크로바이옴의 분포에 대해서는 의문점이 많지만 일단 넘어가기로 하고...

몇 년 전에 sports gene이 유행한 적이 있었습니다. 관련된 리뷰 논문을 정리한적도 있었는데요. 이 뉴스의 인터뷰에도 이런 이야기를 하네요. "마이클 조던을 찾기 위해 시작했다"고... 뛰어난 운동능력을 가진 사람을 유전자검사를 통해 발굴하여 키우는거죠. 혹은 기존의 운동선수들에 대해서도 어떤 분야에 재능이 있는지 유전자 검사를 통해서 확인하고 그 종목에 집중해서 최대한의 효과를 발휘할 수 있도록 도와줄 수 있습니다.

이전의 스포츠 유전자가 원래 갖고 있던 재능을 확인하는 단계였다면, 이제는 능력을 바꾸려는 시도라고 볼 수 있겠네요. Jonathan의 창업도 그런 목적이라죠. 마이크로바이옴이 현재 대세중 하나이긴 한가봅니다... 그리고 이 분야에서는 CRISPR/Cas9 까지는 안갔으면 하는 바램입니다.

- 끝 -