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- 장내 특정 박테리아가 신경과 뇌에 영향, 스포츠 중에 행복감 촉진하는 메신저 물질 방출
- 방아쇠 역할을 하는 두 물질은 Eubacterium rectale과 Coprococcus eutactus
- 이 두물질이 장내 세균총에 풍부하면 쥐가 운동하도록 동기 부여
- 이 현상이 인간에게도 관련되면 미생물 분자의 향정신성 효과는 치료옵션에 큰 관심

장내 세균총은 운동 동기를 조작한다.
특정 장내 세균은 신체 운동 중에 기운을 북돋우고 동기를 부여한다.

놀라운 발견:
우리가 스포츠를 하기 위해 일어나 운동을 하고 기쁨을 느끼는지 여부는 우리의 장내 세균총에 달려 있을 수 있다. 장내 특정 박테리아가 신경과 뇌에 영향을 미치고 스포츠 중에 행복감을 촉진하는 메신저 물질을 방출하기 때문이다. 연구자들이 항생제로 이 박테리아를 죽였을 때 이전에 활동적이었던 동물들은 운동할 의욕을 잃었고 반대로 미생물 이식은 그들을 스포츠 팬으로 만들었다. 

▲ 장내 세균총의 구성은 우리가 운동을 좋아하는 스포츠 팬인지 여부에 영향을 미칠 수 있다. 사진은 대장균의 응집(2차 전자현미경) 위키피디어

운동은 우리의 건강에 필수적이다. 운동은 비만과 우울증을 예방하고 두뇌를 적합하게 유지하며 수명을 크게 연장할 수 있다. 일부 사람들은 퇴근 후 자발적으로 스포츠를 하고 주말에도 활동하지만 다른 많은 사람에게는 이것이 어렵다. 몸에 좋른 줄 알면서도 어떤 사람은 ‘소파 껌딱지’가 되고 다른 사람들은 스포츠 팬으로 만드는 이유는 무엇일까? 어떤 사람들은 운동을 통해 뚜렷한 만족감을 느끼는 반면 다른 사람들은 'runners high'를 헛되이 바라기만 이유는 무엇일까?

움직임의 즐거움에 영향을 미치는 요인 찾기

펜실베니아 대학의 렝카 도나로바(Lenka Dohnalova)와 그녀의 동료들은 이러한 질문에 대한 새롭고 놀라운 답을 찾았음에 틀림없다. 연구를 위해, 그들은 먼저 서로 다른 품종의 생쥐에게 달리는 바퀴와 러닝머신에 자유롭게 접근할 수 있도록 하고 동물의 개별 이동 시간이 어떻게 다른지 관찰했다. 사실, 우리 인간과 마찬가지로 이러한 운동 옵션을 매우 자주 사용하는 쥐가 있는 반면 거의 사용하지 않는 쥐도 있다.

왜 그럴까? 이를 알아보기 위해 연구원들은 "스포츠 팬"과 운동을 하지 않는 사람들 사이의 가능한 차이점에 대해 마우스의 게놈, 대사 활동 및 기타 매개변수를 조사했다. 그들은 마우스당 총 10,500개 이상의 데이터 포인트를 기록했다. 그러나 움직임 행동을 설명할 수 있는 동물의 게놈이나 대사 활동에는 차이가 없었다.

장내 세균총 관찰

따라서 팀은 현재 또 다른 요인인 장내 세균총을 조사하고 있다. 우리 장에 있는 박테리아 군집이 소화를 형성할 뿐만 아니라 식욕, 기분, 심지어 정신 건강에도 영향을 미칠 수 있다는 것이 오랫동안 알려져 왔기 때문이다. 이것은 장 신경에 도킹하여 뇌에 도달하는 신호를 유발하는 미생물 메신저 물질을 통해 발생한다.

Dohnalova와 그녀의 팀은 처음에 이 장-뇌 연결이 운동 욕구에도 영향을 미칠 수 있는지 조사하기 위해 항생제 과정을 사용했다. 그들은 구체적으로 생쥐 중에서 "스포츠 팬"의 전체 장내 세균총을 죽이고 무슨 일이 일어났는지 관찰했다. 반대 실험을 위해 과학자들은 운동을 좋아하는 동물의 장내 세균총을 일부 앉아 있는 쥐에 이식했다.

▲ 혐기성 박테리아 Coprococcus eutactus는 탄수화물을 대사하며 종종 인간 대변 샘플에서 검출될 수 있다. © Public Health Image Library

방아쇠 역할을 하는 두 가지 유형의 박테리아와 메신저 물질

이전에 의욕이 넘치고 활동적이었던 동물들은 장내 세균총의 손실로 인해 운동을 꺼리게 되었다. 반대로 장내 세균을 활동적인 생쥐에서 "비스포츠" 생쥐로 이식한 결과 이제 생쥐는 스포츠 팬이 되었다. 더 자세한 분석 결과 두 가지 유형의 박테리아가 이를 주로 담당하는 것으로 나타났습니다. Eubacterium rectale과 Coprococcus eutactus이다. 장내 세균총에 풍부하면 쥐가 운동하도록 동기를 부여한다.

하지만 어떻게? 연구자들이 발견한 바와 같이, 이러한 장내 세균은 지방산 아미드(FAA)라고 하는 특정 분자를 생성한다. "게으른" 쥐에게 음식과 함께 그러한 지방산 아미드를 주면 그들도 더 많이 움직이기 시작했다. 분석 결과 이러한 박테리아 메신저가 뇌에 도달하는 신호 캐스케이드를 활성화하는 것으로 나타났다. 장 신경에 있는 소위 CB1 엔도카나비노이드 수용체에 도킹하면 뇌의 선조체로 전달되는 신경 신호가 트리거된다. 그곳에서 행복 호르몬인 도파민이 분비된다.

도파민 부스트는 스포츠의 즐거움을 유발

이것은 장내 특정 미생물의 존재가 운동이 소위 "러너스 하이(runner's high)"와 유사한 긍정적인 기분 또는 심지어 행복감을 유발하는지 여부에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 사실, 실험은 운동에 친화력이 있는 쥐가 동기가 없는 동종 쥐보다 뇌에서 훨씬 더 강한 도파민 급증을 보였다.

Dohnalova와 그녀의 동료들은 "이러한 결과는 장내 지방산 아미드가 이러한 방식으로 운동하려는 동기를 증가시킨다는 것을 시사한다"고 설명했다. 그들은 이 신호 경로가 원래 동물이 적극적으로 음식을 찾아 지속적으로 운동하도록 장려하기 위해 개발된 것으로 의심한다. "이것은 운동 생리학에서 완전히 새로운 연구 방향을 열 수 있다"고 연구원들은 말했다.

우리 인간에게도?

과학자들에 따르면, 장내 세균과 그들의 대사 산물이 우리 인간에게도 유사한 영향을 미친다는 것이 명백하다. 따라서 장내 세균총의 구성은 우리가 운동과 스포츠를 즐기고 계속할 동기가 있는지 영향을 미칠 수 있다. Dohnalova와 그녀의 팀은 이제 인간에서도 그러한 장-뇌 신호 전달 경로를 찾고자 한다.

"유사한 신호 경로의 존재가 인간에게 확인된다면, 이것은 사람들이 더 많이 운동하고 더 건강한 생활 방식을 영위하도록 하는 효과적인 방법을 열 수 있다"고 수석 저자인 펜실베이니아 대학의 Christoph Thaiss는 말했다. 그러면 표적 식이요법이나 스포츠 촉진 유형의 박테리아를 프로바이오틱스로 투여하면 스포츠를 좋아하지 않는 사람들이 운동을 꺼리는 것을 극복하는 데 도움이 될 수 있기 때문이다.

연구에 참여하지 않은 로스엔젤레스 캘리포니아 대학의 Gulistan Agirman과 Elaine Hsiao 과학자가 강조한 것처럼 그때까지는 아직 수행해야 할 연구가 많이 남아 있지만 상당한 잠재력을 보고 있다. 새로운 발견은 "이 현상이 인간에게도 관련이 있다면 미생물 분자의 향정신성 효과는 치료 옵션에 큰 관심이 될 것이다"고 그들은 첨부된 의견에 기술했다.
(Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-05525-z)
출처: 펜실베이니아 대학교 의과대학 / University of Pennsylvania School of Medicine

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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