장내 세균이 뇌를 통제하는 방법

장에 사는 수많은 박테리아, 곰팡이 및 기타 미생물을 돌보면 정신 건강 상태를 치료하는 새로운 방법을 제공하고 더 나은 생각을 할 수 있습니다. 

당신의 장은 분주하고 번창하는 외계 식민지입니다. 그들은 수조에 달하며 수천 종의 다른 종을 포함합니다. 박테리아, 고세균 및 진핵생물을 포함한 많은 미생물은 인간보다 오래 전에 이곳에 있었고 우리와 함께 진화했으며 현재 는 우리 자신의 세포보다 몇 배나 많습니다. 실제로 University College Cork의 해부학 및 신경과학 교수인 John Cryan 은 TEDx 강연에서 "화장실에 가서 이러한 미생물 중 일부를 흘릴 때 생각하십시오. 당신은 점점 더 인간이 되고 있습니다."

총체적으로 이러한 미생물 군단은 "미생물무리"로 알려져 있으며 소화 및 신진대사에서 면역에 이르기까지 신체 건강을 유지하는 데 있어 확고한 역할을 합니다. 그들은 또한 인체가 자체적으로 생산할 수 없는 중요한 화합물을 생산합니다.

그러나 그들이 우리 마음에 핫라인을 가지고 있다면 어떨까요? 새 책에서 명확하게 생각하고 있습니까? 당신이 아닌 29가지 이유와 대처 방법, 우리는 유전학, 성격, 편견에서 기술, 광고 및 언어에 이르기까지 우리가 생각하는 방식에 영향을 미치고 조작하는 수십 가지 내부 및 외부 요인을 탐구합니다. 그리고 우리 몸을 집이라고 부르는 미생물이 우리 뇌를 놀랍도록 통제할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 

지난 수십 년 동안 연구원들은 장내 미생물군이 우리의 음식에서 뇌에 필요한 영양소를 자유롭게 함으로써 뇌를 정상 작동 상태로 유지하는 데 도움이 되지 않는다는 호기심 많고 설득력 있고 때로는 논란의 여지가 있는 증거를 발견하기 시작했습니다. , 그러나 또한 우리의 생각과 행동을 형성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그들의 발견은 잠재적으로 우리가 우울증과 불안에서 정신 분열증에 이르기까지 다양한 정신 건강 상태에 대한 새로운 치료법을 이해하고 이끌어내는 방법을 강화할 수 있습니다.

그림은 아직 완성되지 않았지만 전 세계 많은 지역에서 사람들의 정신 건강에 해로운 영향 을 미친 Covid-19 대유행의 여파로 이 퍼즐을 푸는 것이 그 어느 때보다 중요할 수 있습니다.

 

우리의 내장은 다양한 종류의 박테리아로 이루어진 집단이며, 그 중 일부는 뇌와 통신하는 것으로 보입니다(Credit: Rodolfo Parulan Jr/Getty Images)

연구 분야의 주요 기원 이야기 중 하나는 북미 광야에서 일어났습니다. 때는 1822년 , Alexis St Martin이라는 젊은 상인이 지금은 미시간인 Mackinac Island라고 불리는 교역소 밖에서 어슬렁거리고 있었습니다. 1야드(91cm)보다 떨어져 있습니다. 그의 부상은 너무 심해서 폐의 일부, 위의 일부, 그날 아침 식사의 상당 부분이 왼쪽 상처를 통해 쏟아졌습니다. 죽음은 확실해 보였지만 William Beaumont라는 군의관이 구출에 나섰고 St Martin의 생명을 구했습니다.

그러나 Beaumont가 고칠 수 없었던 것은 환자의 배에 난 구멍이었습니다. 이 끈질긴 누공은 사고의 암울하고 오래가는 유산으로 남을 것이지만, Beaumont는 아무리 불쾌하더라도 좋은 기회를 놓치는 사람이 아니었습니다. 그 구멍이 인간의 내장으로 들어가는 독특한 창을 제공한다는 사실을 깨달은 그는 St Martin 소화의 복잡성을 조사하는 데 수년을 보냈습니다. Beaumont가 그에 대한 연구를 수행하는 동안 그를 하인으로 고용했기 때문에 St Martin 자원 봉사자가 정확히 얼마나 기꺼이했는지는 논쟁의 여지가 있습니다. 어두운 배열은 오늘날 윤리적으로 간주되지 않을 것입니다 . 그러나 Beaumont가 St Martin의 내장을 연구하는 동안 발견한 사실 중에는 분노와 같은 주인의 감정에 의해 내장이 어떻게 영향을 받는지도 포함되어 있습니다.

이 발견을 통해 " 위생리학의 아버지 "로 칭송받는 Beaumont 는 장과 뇌가 서로 완전히 독립적이지 않다는 "장-뇌 축"이라는 개념에 도달했습니다. 대신 하나가 다른 하나에 영향을 미치거나 그 반대의 경우와 상호 작용합니다. 그리고 이제 우리는 장내 미생물 이 이 과정을 훨씬 더 복잡하고 놀랍게 만든다는 것을 알고 있습니다.

UCLA(University of California, Los Angeles)의 통합 생물학 및 생리학 부교수인 Elaine Hsiao는 "점점 더 많은 연구에서 장내 미생물이 다양한 동물의 뇌와 행동에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지고 있습니다."라고 말했습니다. 

인간이 존재하기 전에 미생물이 여기에 있었다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 따라서 우리는 이러한 '혜택이 있는 친구'와 함께 진화했습니다. – John Cryan

우리의 미생물군이 우리의 정신에 정확히 얼마나 영향을 미칠 수 있는지는 성장하고 있으며 선구적이며 여전히 상대적으로 새로운 분야입니다. 그러나 지난 20년 동안 특히 동물 분야에서 많은 발전이 있었습니다. 그리고 천천히, 이러한 미생물이 우리의 육체적인 자아의 중요한 부분일 뿐만 아니라 우리의 정신적, 감정적인 자아의 중요한 부분임을 시사하는 사례가 만들어지고 있습니다.

"의학에서 우리는 신체를 구획화하는 경향이 있습니다."라고 Cryan은 말합니다. "그래서 우리는 뇌의 문제에 대해 이야기할 때 목을 위쪽으로 생각하는 경향이 있습니다. 하지만 진화론적으로 프레임을 구성해야 합니다. 인간이 존재하기 전에 미생물이 여기에 있었다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 그래서 우리는 이 '친구들'과 함께 진화했습니다. 미생물로부터 오는 신호 없이 뇌가 존재했던 때는 없었습니다. 

"이러한 신호가 실제로 우리가 어떻게 느끼고, 어떻게 행동하고, 어떻게 행동하는지를 결정하는 데 정말로 중요하다면 어떨까요? 그리고 우리는 이러한 미생물을 치료적으로 조절하여 사고, 행동 및 뇌 건강을 개선할 수 있을까요?"

Hsiao는 이 분야를 선도하는 연구원 중 한 명이며 UCLA에 있는 그녀의 연구실은 이러한 미생물이 태아의 뇌 발달 에서 간질 및 우울증과 같은 인지 및 신경학적 상태 에 이르기까지 모든 부분에서 역할을 할 수 있는 역할을 탐구했습니다 . 그녀는 또한 이러한 미생물이 우리의 두뇌와 사고에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 조사했습니다.

"특정 장내 미생물은 뇌에 영향을 미치는 방식으로 면역 체계를 조절할 수 있으며 또한 활동을 조절하기 위해 뉴런에 직접 신호 를 보내는 분자를 생성 할 수 있습니다 ."라고 그녀는 말합니다. "우리는 장내 미생물이 뇌 회로와 행동에 지속적인 영향을 미치는 방식으로 뉴런의 초기 발달을 조절할 수 있다는 것을 발견했습니다. 또한 더 짧은 시간 척도에서 장내 미생물이 신경 세포를 능동적으로 자극하는 세로토닌과 같은 생화학 물질 의 생산을 조절할 수 있음을 발견했습니다. 활동."

실제로, 연구에 따르면 우리의 미생물은 면역에서 생화학 물질에 이르기 까지 다양한 경로 를 통해 뇌와 통신할 수 있습니다. 또 다른 후보는 우리의 뇌와 내장을 포함한 내부 장기 사이의 초고속 "인터넷 연결" 역할을 하는 미주 신경 입니다. 예를 들어 Lactobacillus rhamnosus JB1 박테리아 는 불안하고 우울한 쥐의 기분을 개선하는 것으로 보입니다. 그러나이 유익한 효과는 미주 신경을 따라 이동하는 신호가 차단되면 제거되어 박테리아의 통신 경로로 사용될 수 있음을 시사합니다.

Alexis St Martin의 소화액에 대한 William Beaumont의 연구는 우리의 장과 뇌 사이의 상호 작용에 대한 첫 번째 힌트를 제공했습니다(Credit: Getty Images)

이 분야의 많은 연구는 마우스(및 기타 작은 동물)에서 수행됩니다. 물론 쥐는 인간이 아닙니다. 그러나 미생물 신호와 인간의 사고 및 행동 변화 사이 의 인과 관계를 설정하는 데 있어 상상할 수 없을 정도로 복잡한 복잡성을 고려할 때 , 동물 연구는 박테리아와 뇌 사이의 이상한 상호작용에 대한 몇 가지 흥미로운 통찰을 제공했습니다. 예를 들어, 연구에 따르면 "무균" 쥐와 생쥐(멸균 상태에서 자란 후 미생물군이 전혀 없는 쥐) 는 온전한 미생물군을 가진 쥐 보다 불안해 하고 덜 사교적 입니다. 무균 생쥐와 항생제를 투여한 생쥐는 또한 더 활동적인 것으로 밝혀졌습니다.위험한 행동을 하기 쉽고 배우거나 기억할 수 있는 능력이 떨어집니다. 동물의 미생물군을 감소시킬 수 있는 항생제는 또한 제브라피시 의 무리 행동을 감소시키는 반면 프로바이오틱스는 이를 강화합니다.

다시 말하지만, 인간의 뇌는 설치류나 물고기보다 훨씬 더 복잡하지만 몇 가지 유사점 을 공유하고 단서를 제공할 수 있습니다. 박테리아가 어디에 살든 숙주가 더 사교적이고 덜 불안해지도록 돕는 것이 도움이 될 수 있다는 것은 이치에 맞습니다. 예를 들어 다른 사람들과 상호 작용함으로써 우리는 박테리아가 퍼지는 것을 돕습니다. 그리고 그들이 정말로 우리의 끈을 당기고 있든 없든, 가능한 한 생존에 도움이 되는 환경을 만드는 것은 우리 미생물의 진화론적 관심사입니다.

그러나 의사소통을 하는 미생물, 모이는 제브라피시 또는 친근한 생쥐가 정말로 중요합니까? 바라건대, 그렇습니다. 연구원들은 말합니다. 궁극적으로 이러한 과정을 더 잘 이해하면 다양한 정신 건강 상태에 대한 획기적인 새로운 치료법을 개발할 수 있습니다 .

사이코바이오틱스는 언젠가 "좋은" 박테리아 개체군을 키우고 다양한 정신 건강 상태를 치료하는 데 사용될 수 있습니다.

"우리는 인간의 뇌에 유익한 영향을 미치는 [미생물군 기반] 개입을 위해 ' 사이코바이오틱스 '라는 용어를 만들었습니다."라고 Cryan은 말합니다. "그리고 이러한 사이코바이오틱 접근 방식이 점점 더 많아지고 있습니다."

물론 주의 사항이 있습니다. 일부 박테리아 변종은 인간 정신에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 보이지만 다른 많은 박테리아는 그렇지 않으며 연구원들은 아직 그 이유와 방법을 확실하게 규명하지 못했습니다. 인간은 헤아릴 수 없을 정도로 복잡하며 사고와 정신 건강에 관해서는 유전과 성격에서 주변 환경에 이르기까지 수많은 다른 요인이 작용합니다.

"우리는 이러한 개인차를 고려하기 위해 더 많은 대규모 인간 연구가 필요합니다."라고 Cryan은 말합니다. "어쨌든 모든 사람이 약간 다른 기본 미생물군을 가지기 때문에 모든 사람이 같은 방식으로 단일 박테리아에 반응하지 않을 수도 있습니다."

그러나 면책 조항은 제쳐두고 더 많은 연구가 새로운 희망을 가져올 수 있습니다. "좋은 소식은 미생물군을 바꿀 수 있다는 것입니다. 유전학을 바꾸기 위해 할 수 있는 일은 많지 않습니다. 부모님과 조부모님을 탓하는 것 외에는요."라고 Cryan은 덧붙입니다. "미생물총을 수정할 수 있다는 사실은 잠재적으로 자신의 건강 결과에 대한 선택권을 부여합니다." 실제로 프로바이오틱스 및 프리바이오틱스 보충제, 더 많은 발효 식품 및 섬유질 섭취와 같은 간단한 식이 변화, 심지어 아마도 명상 은 우리의 마음에 유익한 방식으로 우리의 미생물군을 변화시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

옥스퍼드 대학 정신과 부교수인 필립 버넷(Philip Burnet)은 많은 정신 건강 상태가 미생물군의 변화와 관련이 있다고 지적합니다 . 종종 이러한 불균형 또는 "세균불균형"은 장에서 섬유질을 분해할 때 특정 박테리아, 특히 짧은 사슬 지방산(예: 뇌 기능을 향상시키는 것으로 널리 알려진 부티레이트)을 생성하는 박테리아의 양이 감소하는 것을 특징으로 합니다.

실제로 당시 벨기에 KU Leuven University of Leuven의 미생물학자인 Mireia Valles-Colomer의 2019년 연구에서 그녀의 동료들은 이러한 부티레이트 생성 박테리아의 양과 웰빙 사이의 상관관계를 발견했습니다 . 구체적 으로 연구원들은 연구에서 다음 과 같이 언급 했습니다 . ."

항생제는 제브라피시의 무리 행동을 변화시킬 수 있습니다(Credit: Getty Images)

장, 뇌 및 미생물군 사이의 의사소통에 대한 인간 연구는 여전히 비교적 적고 사이가 멀다. Burnet은 다음과 같이 주의를 촉구합니다.

그럼에도 불구하고 그는 프리바이오틱스(박테리아의 성장을 촉진함)와 프로바이오틱스(살아 있는 박테리아)가 언젠가 "좋은" 박테리아 집단을 키우고 다양한 정신 건강 상태를 치료하기 위한 사이코바이오틱스로 사용될 수 있는 방법을 탐구해 왔습니다.

예를 들어 Burnet의 2019년 연구 중 옥스포드 대학의 심리학자 Rita Baião와 동료들은 특히 흥미로운 결과를 발견했습니다. 이 연구는 프로바이오틱스 박테리아를 제조하는 회사에서 자금을 지원받았지만 무작위, 이중 맹검, 위약 대조 시험을 사용했습니다. 참가자나 연구원 모두 자신이 치료를 받고 있는지 또는 아니다. 연구자들은 다종 프로바이오틱스가 경증에서 중등도의 우울증이 있는 사람들의 감정 처리 및 인지에 미칠 수 있는 영향을 조사했습니다. 그러나 이 연구는 우울증의 중증도를 측정하는 PHQ- 9(Patient Health Questionnaire-9 ) 를 사용하여 실험 전후의 기분을 모니터링했습니다 .

다른 약물을 복용하지 않은 참가자들은 4주 동안 Bacillus subtilis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve 및 Bifidobacterium infantis   를 포함한 14종의 박테리아가 포함된 위약 또는 상업적으로 이용 가능한 프로바이오틱스를 제공 받았습니다.

PHQ-9에 따르면 프로바이오틱스 참가자는 위약 그룹에 비해 기분이 상당히 주관적으로 개선되어 본질적으로 덜 우울해졌습니다. 또한 측정된 참가자의 불안 수준의 변화는 관찰되지 않았습니다.

이것은 소규모(참가자 71명)의 간단한 연구였으며 인과관계를 입증하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 그러나 "사이코바이오틱스"가 언젠가는 우울증 환자, 특히 의학적 도움을 구하거나 전통적인 항우울제 복용을 꺼리는 사람들에게 유용한 치료법이 될 수 있다는 초기 징후라고 Burnet은 말합니다. 실제로 사이코바이오틱스는 기존 약물을 대체하지는 않지만 궁극적으로 도움이 되는 보조제를 제공할 수 있습니다.

"프로바이오틱스가 모든 사람을 더 행복하게 만들지는 못할 것"이라고 Burnet은 말합니다. "우리가 사이코바이오틱스를 갖게 될지는 시간이 지나야 알 수 있습니다."라고 그는 덧붙입니다. "하지만 이 분야는 정말 발전하고 있습니다... 하지만 이 연구 분야는 동물 연구가 지배하고 있기 때문에 더 많은 참가자를 대상으로 하는 더 많은 인간 연구가 필요합니다."

그러나 사이코바이오틱스의 잠재력은 상상을 사로잡았습니다.

장기간 항생제를 사용한 사람들은 학습, 작업 기억 및 주의력 작업과 같은 인지 테스트에서 낮은 점수를 받았습니다.

"우리는 또한 대중의 많은 관심을 끌었습니다."라고 Burnet은 덧붙입니다. "사람들은 천연 보충제로 건강과 웰빙을 유지하는 데 큰 관심을 갖고 있으며 정신 건강을 지원하기 위해 좋은 박테리아의 성장을 장려하는 것이 일반 대중의 상상력을 사로잡았습니다 . ."

Amy Chia-Ching Kao 및 다른 사람들과 함께 Burnet은 이러한 미생물이 정신병에서 수행할 수 있는 역할과 프리바이오틱스(장내 박테리아의 성장을 촉진하는 데 도움이 됨) 가 조건을 가진 사람들이 더 명확하게 생각하는 데 도움이 될 수 있는지 여부도 탐구했습니다 . 

많은 사람들은 정신병이 환각, 망상 및 현실과의 분리를 유발할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 정신병을 앓고 있는 사람들은 주의력, 기억력, 문제 해결과 같은 인지 기능에 종종 어려움을 겪게 되는데, 이는 직업과 관계를 유지하는 능력에 영향을 미칠 수 있습니다. 환각과 망상을 치료하기 위해 약물을 사용할 수 있지만 환자의 인지 장애를 개선하는 것은 더 어려운 것으로 판명되었습니다. 

그러나 Burnet과 Chia-Ching Kao의 이중 맹검, 위약 대조 교차 연구는 가능한 방법을 제시합니다. Burnet은 "우리는 정신병 환자에게 프리바이오틱스를 제공하는 것이 임상 척도에 따라 인지 기능을 향상시킨다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다.

연구 시작 당시 참가자들은 약물을 복용 중이었고 정신병적 증상은 없었지만 여전히 정신병의 전형적인 인지 장애를 경험하고 있었습니다. 12주 동안 이들에게 프리바이오틱 또는 플라시보를 투여하고 신진대사, 면역 및 인지 장애 수준을 시간 경과에 따라 측정했습니다. 12주 후, 두 그룹이 바뀌어 두 그룹 모두 프리바이오틱과 플라시보에 대해 동일한 시간을 가졌습니다.

그리고 그 효과는 작지만 중요했습니다. 프리 바이오틱은 전반적인 인지 기능, 특히 주의력과 문제 해결 능력을 향상시켰고 , 연구자들은 이러한 개선이 사회적 및 정신적 웰빙을 향상시키기에 충분하다는 결론을 내렸습니다. 참가자의 면역 또는 신진대사 변화에 대한 증거가 없었기 때문에 프리바이오틱이 어떻게 이러한 효과를 촉발했는지도 명확하지 않았습니다. 그러나 그것은 우리의 미생물군과 정신 건강 사이의 관계를 이해하고 우리의 사고에 영향을 미치는 장애에 대한 새로운 치료법의 잠재적 개발을 향한 또 다른 작은 발걸음입니다.

장내 미생물군이 인지 능력에 더 광범위하게 영향을 미칠 수 있다는 암시가 있습니다. 항생제가 장내 미생물을 방해한다는 것은 잘 알려져 있지만, 항생제가 우리의 인지에 영향을 미칠까요? 영국 NHS에서 근무하는 14,542명의 여성 간호사의 건강과 복지를 수년 동안 모니터링 한 한  최근 연구 에서는 장기간(2개월 이상) 항생제를 사용한 사람들이  인지 테스트에서 낮은 점수 를 받았다는 사실을 발견했습니다.  그러한 약을 복용하지 않은 사람들보다 학습, 작업 기억 및 주의력 작업과 같은. 중요한 것은 항생제를 복용한 여성들의 인지 능력이 7년 후 추적 관찰했을 때 약간 더 나빴다는 것입니다. 이것은 단지 상관관계일 뿐이지만 연구자들은 그것이 항생제로 인한 장의 변화 때문일 수 있다고 생각합니다.

우리의 장내 미생물은 설치류에 대한 연구가 믿을 만한 경우 우리가 얼마나 사교적인지에 역할을 할 수도 있습니다. 우리는 다른 사람과의 접촉을 통해 미생물을 수집합니다(Credit: Getty Images)

하지만 이것을 제대로 이해하려면 아직 갈 길이 멀다. 이것은 매력적이지만 매우 복잡한 분야이며 연구에는 자금이 필요합니다. 그러나 보상은 심오할 수 있습니다. Hsiao는 "지금까지 연구된 특정 미생물은 소수에 불과합니다. "반드시 그것들이 가장 중요해서가 아니라 과학자로서 장내 미생물의 엄청난 다양성과 개별적으로 그리고 공동체로서 기능하는 방식을 진정으로 이해하기 위해 훨씬 더 많은 일을 해야 하기 때문입니다.

"나는 우리와 우리의 미생물 공생체가 건강을 증진하고 질병을 막기 위해 어떻게 협력할 수 있는지에 대한 새로운 기계론적 이해를 발견할 수 있는 기회에 대해 가장 흥분됩니다."

그 사이에 아마도 우리 모두는 미생물군에 조금 더 주의를 기울여야 할 것입니다. 섬유질, 특히 채소가 풍부한 지중해식 식단은 좋은 시작점이 될 수 있습니다. 그리고 김치와 케피어(발효 우유 음료)와 같은 발효 식품도 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 45명의 참가자를 대상으로 한 소규모 연구 에서 Cryan과 동료들은 많은 섬유질, 프리바이오틱스 및 발효 식품(예: 양파, 요구르트, 케피어 및 소금에 절인 양배추)을 포함하는 다이어트를 한 사람들이 스트레스를 덜 느낀다고 보고했습니다. 다른 식단을 먹은 대조군보다  

"내가 발효 식품에 대해 좋아하는 점은 발효 식품이 과학을 민주화한다는 것입니다."라고 Cryan은 말합니다. "비용이 많이 들지 않으며 고급 상점에서 구입할 필요가 없습니다. 직접 할 수 있습니다. 이 분야에서 우리는 모든 사회경제적 영역의 사람들에게 정신 건강 솔루션을 제공하고 싶습니다."

미생물군과 우리의 관계는 "연방과 비슷하다"고 Cryan은 덧붙입니다. "이 미생물은 우리의 동료 여행자입니다." 우리는 육체적 건강과 아마도 정신 건강을 위해 그것을 기억하는 것이 좋을 것입니다.