장내 세균은 체중 감량 성공의 ‘주요 선수’

유전적 접근

연구자들은 체중 감량 프로그램에 참여하기 전에 개인의 장내 미생물군에서 가장 풍부한 유전자를 확인했습니다.

이 유전자들이 수행하는 생물학적 기능을 기반으로 연구자들은 전체 장내 미생물군유전체의 기능적 프로파일을 추론할 수 있었습니다.

그들은 체중 감량 프로그램이 시작될 때 장내 미생물총 유전자의 기능적 프로필이 개인의 체중 감량 능력을 예측한다는 것을 발견했습니다.

특히, 체중 감량을 한 개인과 체중 감량에 저항하는 사람들 사이에는 과학자들이 인간의 신진대사에 영향을 미치는 것으로 알고 있는 미생물군유전체 유전자의 풍부함에 차이가 있었습니다.

오늘의 의료 뉴스 Weizmann Institute of Science와 DKFZ(National German Cancer Research Center)의 미생물군집 전문가이며 연구에 참여하지 않은 Eran Elinav 교수와 이야기를 나눴습니다. 그는 말했다 :

“장내 미생물군유전체 특징에 대한 인과적 역할이 동물 모델에 대한 여러 전임상 시험에 의해 제안되었지만 인간 데이터는 현재까지 연관성이 있습니다. Diener의 현재 연구 et al. 인간의 식이 체중 감소와 관련된 일련의 기본 미생물군유전체 특성을 식별함으로써 식이 반응에 대한 인간 미생물군유전체의 기여도를 이해하는 데 기여합니다.”

이 연구의 주저자인 시스템 생물학 연구소(Institute for Systems Biology)의 조교수인 Dr. Sean Gibbons는 말했습니다. MNT “이 작업은 가벼운 생활 방식 개입에 반응할 가능성이 있는 개인 또는 체중 감량을 위해 보다 과감한 개입이 필요할 수 있는 개인을 식별하기 위한 진단으로 이어질 수 있습니다.”

Gibbons 박사는 “그 외에도 이러한 결과는 체중 감량 성공 또는 저항을 담당하는 유기체와 유전자를 암시하며, 이는 체중 감량 내성 마이크로바이옴을 체중 감량 허용 마이크로바이옴으로 엔지니어링하는 것을 목표로 하는 미래 개입을 안내할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

연구는 저널에 나타납니다 엠시스템즈.

기준 BMI 및 체중 감소

현재 연구에서 연구자들은 상업적 행동 건강 프로그램에 등록한 105명의 데이터를 분석했습니다.

연구원들은 체중과 체질량 지수(BMI)를 포함한 참가자에 대한 정보를 수집했습니다. 용도 사람의 키와 몸무게를 측정하여 체지방을 추정합니다. 그들은 또한 기준선과 프로그램이 시작된 후 6-12개월의 혈액 샘플을 조사했습니다.

연구원들은 또한 건강 프로그램이 시작될 때 식이 정보와 대변 샘플을 수집했습니다.

그들은 혈액 샘플을 사용하여 다양한 대사 산물과 단백질의 수준을 평가하고 대변 샘플을 사용하여 장내 미생물 구성과 기능을 결정했습니다.

연구자들은 또한 메타게놈 분석을 사용하여 장내 미생물군의 기능 차이를 평가했습니다. 개별 미생물 종의 게놈을 특성화하는 대신 메타게놈 분석에는 장내 미생물군을 구성하는 미생물 군집 전체에서 가장 풍부한 유전자를 식별하는 것이 포함됩니다.

가장 풍부한 유전자의 식별은 전체 장내 미생물군유전체의 기능을 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.

105명의 참가자 중 48명은 한 달에 최소 1%의 체중을 감량한 반면, 나머지 57명은 체중을 감량하지 않았습니다.

연구진은 체중 감량이 가장 많이 된 15명과 체중 감량을 하지 않은 그룹에서 체중 변화가 가장 적은 10명을 확인했습니다.

그런 다음 그들은 25명의 하위 그룹에서 얻은 샘플을 사용하여 장내 미생물군유전체 구성과 기능을 결정했습니다. 그들은 체중 감소와 식이 패턴, 혈액 대사 산물 및 단백질과 같은 특정 변수 사이의 연관성을 조사하기 위해 105명 모두의 샘플을 사용했습니다.

모든 참가자의 데이터를 조사한 결과, 연구원들은 발병 시 BMI가 높을수록 체중이 더 많이 감소한다는 사실을 발견했습니다.

높은 BMI와 체중 감소 사이의 연관성은 잘 알려져 있으며 연구자들은 BMI와 무관하게 체중 감소를 예측하는 요인을 결정하기를 원했습니다. 그 이유는 초기 BMI가 체중 감소와 기타 기준 요소 간의 잠재적 연관성을 왜곡하거나 가릴 수 있기 때문입니다.

이에 연구진은 체질량지수(BMI)의 영향을 통제한 후 후속 분석을 진행했다.

혈액 대사 지표의 변화

연구자들은 체중 감량 중재 전후에 수집한 혈액 샘플을 사용하여 체중 감량 그룹과 체중 감량 그룹이 아닌 그룹에서 대사 마커 수준의 변화를 비교했습니다.

그들은 체중 감량 그룹이 안정 체중 그룹에 비해 아디포넥틴 수치가 증가하는 것을 발견했습니다.

지방 문제는 호르몬 아디포넥틴을 분비하며 이 단백질 수치의 증가는 체중 감소와 관련이 있습니다.

체중 감량 그룹은 또한 과학자들이 이전에 염증, 비만 및 기타 대사 장애와 관련이 있는 것으로 밝혀진 6가지 단백질 수준의 감소를 나타냈습니다.

따라서 체중 감소는 개인의 대사 및 면역 프로필의 개선과 관련이 있습니다.

체중 감량과 기본 기능 간의 연관성

그런 다음 연구원들은 기준선 BMI, 연령 및 성별을 제어한 후 기준선에서 측정된 다양한 기능과 체중 감소 간의 연관성을 분석했습니다.

이러한 기본 기능에는 식이 패턴, 혈액 단백질 및 대사 산물 수준, 장내 미생물 구성 및 기능이 포함되었습니다.

연구원들은 체중 감소의 정도가 기준 식이 패턴 또는 혈액 대사 산물 수준과 상관 관계가 없다는 것을 발견했습니다. 혈액 내 단 하나의 비만 관련 단백질인 KIT 리간드의 수준은 체중 감소에 대한 저항과 긍정적인 관련이 있었습니다.

대조적으로, 많은 기준 기능이 참가자의 초기 BMI와 연관되었습니다.

연구자들은 미생물군유전체 구성과 체중 감소 사이의 연관성을 발견하지 못했지만 31개의 미생물군유전체 유전자 수준은 체중 감소와 관련이 있었습니다.

다시 말해, 미생물군유전체 유전자 프로필은 기준선 식이 패턴이나 혈액 대사 산물 및 단백질 수준보다 체중 감소를 더 잘 예측하는 요인이었습니다. 전반적으로 수석 저자인 Christian Diener, Ph.D.는 다음과 같이 결론지었습니다.

“장내 미생물군집은 체중 감량 중재의 성공 여부를 조절하는 주요 역할을 합니다.”

미생물군유전체 기능 유전자

체중 감량 그룹에서 가장 풍부한 미생물군유전체 유전자의 종류는 박테리아 세포벽의 합성과 관련된 것이었습니다.

세포벽의 합성 증가는 박테리아 복제 중에 발생합니다. 연구자들은 박테리아 복제율이 체중 감량 그룹이 체중 감량 그룹보다 실제로 더 높다는 것을 발견했습니다.

또한 이 속에 속하는 세균은 프레보텔라 체중 감소 그룹에서 증가된 복제율에 대한 대부분의 책임이 있습니다.

특히, 이전 연구 더 높은 수준의 개인이 프레보텔라 장에 있는 사람들은 고섬유질 식단에서 체중을 잃을 가능성이 더 큽니다. 더 높은 프레보텔라 장의 수준은 발효에 의한 복합 탄수화물 분해 수준의 증가와 관련이 있으며, 그 결과 단쇄 지방산이 생성됩니다.

이러한 단쇄 지방산은 섭취한 탄수화물보다 에너지 밀도가 낮고 염증을 줄일 수 있습니다. 이것은 전문가들이 비만이 비만이라고 생각하기 때문에 특히 주목할 만합니다. 관련 가능성이 있는 만성 저등급 염증과 함께.

대조적으로, 복합 탄수화물 및 단백질의 분해와 관련된 미생물군유전체 유전자와 스트레스 반응 및 세포 호흡과 관련된 유전자는 체중 감소에 저항하는 개인에서 풍부합니다.

정확히 말하면, 체중 감량이 없는 그룹에 풍부한 유전자에는 복합 탄수화물을 단당으로 분해하는 효소를 코딩하는 유전자가 포함됩니다.

동시에, 체중 감소에 저항하는 개체에서 이러한 단순 당을 발효 산물로 변환하는 능력을 가진 박테리아의 낮은 수준은 숙주, 즉 인체에 의해 더 많은 단순 당의 흡수를 초래할 수 있습니다.

따라서 저자들은 발효에 관여하는 박테리아의 낮은 복제율과 높은 수준의 탄수화물 분해 효소가 체중 감량 중재에 대한 반응 부족의 원인이 될 수 있다고 가정합니다.

Gibbons 박사는 “체중 감량에 관대한 미생물군집은 엄격한 혐기성 발효기의 빠른 성장을 위해 준비된 반면 체중 감량에 저항하는 미생물군집은 전분 분해 유전자가 풍부하고 성장이 더딘 것으로 나타났습니다.”라고 설명했습니다. 그는 계속했다:

“전반적으로 이것은 체중 감소 저항이 식이 섬유/전분에서 절단된 단순 당에 대해 미생물군을 능가하는 숙주에 의해 주도됨을 시사합니다. 숙주는 미생물군집이 빠르게 성장하여 당을 소비하지 않는 경우 이러한 당을 흡수합니다. 따라서 미생물군집은 숙주가 식단에서 칼로리를 추출하는 효율성을 조절하는 것으로 보입니다.”

강점과 한계

연구의 강점을 설명하면서 Gibbons 박사는 다음과 같이 말했습니다. MNT: “이전 작업은 종종 BMI와 체중 감소를 혼동합니다. 높은 BMI를 가진 사람들은 개입에 대한 반응으로 더 많은 체중을 줄이는 경향이 있기 때문에 이러한 요인들은 높은 상관관계가 있습니다.”

“많은 표현형 요인이 체중 감소 반응과 관련이 없을지라도 BMI와 상관 관계가 있기 때문에 이것은 주요 문제입니다. 따라서 체중 감량과의 연관성을 찾을 때 기준선 BMI를 수정했습니다. 여기에 보고된 결과는 기준 BMI와 완전히 독립적인 체중 감소와 관련된 기능입니다.”

저자는 연구에 특정 제한 사항이 있음을 인정했습니다. 그들은 “[t]그는 현재 연구에서 기본 식이 패턴만 살펴보았고 이 개인화된 개입 연구의 전체 기간 동안 자세한 식이 기록을 추적하지 않았습니다.”

그들은 미래의 연구가 “식이 변화의 영향과 체중 감소 반응을 예측하는 기준선 장내 미생물군유전체 사이의 영향을 더 잘 설명하기 위해 이 종단적 식이 데이터를 포착하기를 바랍니다.”

Gibbons 박사는 또한 “우리의 코호트 크기는 다소 적으며 이러한 결과는 다소 예비적인 것으로 간주되어야 합니다.”라고 말했습니다.

현재 연구에서 작은 표본 크기를 해결하기 위해 저자는 더 큰 참가자 그룹과 함께 연구를 복제하려고 합니다.

Gibbons 박사는 향후 연구 방향에 대해 논의하면서 “궁극적으로 우리는 사람들의 체중 감량에 도움이 되는 진단 및 개인 맞춤형 중재를 개발하기를 희망합니다. 개인화된 개입에는 개인의 미생물군집이 식이 입력에 어떻게 반응하는지에 대한 예측 모델이 필요합니다.”

“우리는 현재 이러한 모델을 구축하고 있습니다. 예를 들어, 최근 MICOM이라고 하는 개인에게 맞춤화할 수 있는 장내 미생물군집의 커뮤니티 규모 대사 모델을 구축했습니다.”