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내 몸 속 미생물 도시, 바이오 필름

작성일 2018-05-01 첨부파일 링크

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미생물(microbes) 이라 하면
세균을 포함하여, 진균에 해당되는 효모나 바이러스까지 포함한다
 
 
보이지 않아도, 우리는 여러 미생물과 함께 살아간다 
지금 숨쉬는 공기에도 만지는 핸드폰에도 미생물은 늘 존재한다.
근 더 많이 알려지다시피, 내 몸 속이나 내가 접하는 미생물은, 그냥 내 몸을 터전삼아 살아가면서, 내 몸을 이롭게도 하고 해롭게도 한다. 내 몸은 이들과의 긴장된 평화라는 역설적 상호작용으로 건강을 유지하고, 그 평화가 깨지면 건강이 해쳐진다. 미생물로 인한 감염은 우리가 가장 많이 병원을 찾고 약을 먹는 이유다.
 
 
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인간이 혼자 살아가지 않듯이, 미생물들도 혼자 살아가지 않는다.
이들 역시 인간들처럼 하나의 공동체를 이루고, 이것을 생체막(biofilm)  이라고 한다.
하루만 이를 닦지 않다가 이 표면을 손톱으로 긁으면 나오는
허연 플라그가 대표적인 바이오필름이다.
이 바이오필름은 치아 표면뿐만 아니라, 우리의 피부, , 폐 어디서도 생길 수 있고,
임플란트나 카테터등 인공적으로 몸에 들어가는 물질의 표면 어디에서도 생길 수 있다.
이 바이오필름은 잘 관리되지 않으면 몸속에서 폐렴, 장염, 잇몸병 등 여러 감염을
일으킬 수 있다. 유명한 학술지 Nature 최근호에 내 몸속 진균의 일종인 캔디다가 만드는 바이오필름에 대한 연구가 실렸다.(Lohse, Gulati et al. 2018)
주요 내용은 이렇다. 바이오필름은 미생물들의 공동체다.
수분이 있는 표면이라면 어디나 미생물이 부착하여 바이오필름을 만든다.
바이오필름안의 미생물들은 혼자서 둥둥 떠 있는 미생물과는 훨씬 더 생존력이
높은 특징이 있다. 바이오필름은 미생물들의 도시(city of microbes)로 비유되기도 한다.(Watnick and Kolter 2000)
 
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진균중에서 인간의 몸에 가장 많이 서식하는 종은 캔디다 알비칸스(Candida albicans) 이다.
캔디다는 건강한 사람의 소화관이나 표면, 생식기에 상주하는 미생물이다.  
캔디다 역시 바이오필름 안에서 자신들의 실모양 균사(hyphae) 를 이용하여
바이오필름의 형성과 유지에 기여한다.
또 캔디다는 카테타나 임플란트 처럼 인체내로 들어가는 삽입물이나
 장과 구강의 표면에  서식하면서 바이오필름을 만들 수 있다.
캔디다는 병원에서 발생하는 감염을 일으키는 주요한 미생물이고,
병원 발생 패혈증의 약 15% 정도가 캔디다 감염으로 추정된다
이런 바이오필름은 항생제에 대한 저항성을 가지는 유전자의 저장소가 되고,
이를 혈류를 타고 흐르며 감염을 일으킬 수 있다.
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캔디다가 만드는 바이오필름은 캔디다 세포뿐만 아니라, 곰팡이의 균사와 다른 미생물들이 세포외기질(Extracellular Matrix) 속에 파뭍혀 있는 형국이다. 바이오필름 초기엔 캔디다가 표면에 붙으면 거기서 점점 균사(hyphal cell) 들이 자라나고, 동시에 세포외기질이 만들어 지면서 바이오필름은 성숙하고 , 이후 주위로 더 퍼져나간다.
캔디다의 여러 유전자들이 바이오필름 형성에 관여한다.
대략 1000개 정도의 유전자가 이런 네트워크의 형성을 만드려고 한다.
현재까지 50 종 정도의 전사 조절자(transcriptional regulator)
역시 바이오필름 형성에 관여한다고 알려져 있고, 그중에서도 특히 9개의 핵심 조절자(core regulators) 들이 존재한다. 이런 유전자들이 없으면, 바이오필름은 얇아지고 부착력도 떨어지며 균사가 덜 자라기도 한다.
 
 
 
 
바이오필름안의 캔디다는 항 진균제에 더 저항성을 가진다. 세포외기질은 그 자체로 약이 들어오기 어렵게 만드는 물리적 장벽역할을 한다. 세포분열이 중단된 캔디다(persister cell) 에게는 세포분열과정에 세포막 합성이나 유전자 합성을 방해하는 항진균제가 작용할 수 없다.  이른바 배출 펌프( efflux pump) 를 이용해 세포 속으로 들어오는 약물을 밖으로 배출하기도 하고,  외부 환경에 더 적극적으로 대처하기도 한다.
캔디다는 그래서 세균-진균 이라는 매우 다른 생명체가 연합해서 만드는 병소의 원인이 되기도 한다.
구강과 소화관, , 피부나 임플란트 같은 인공물 표면에는 언제나 세균과 진균이라는 연합체가 만들어 질 수 있다. 이 연합체 안에서 세균과 진균은 서로 영향을 주고 받고, 협력하기도 하고 경쟁하기도 하며, 신호도 주고 받고 영양소도 교환한다. 이런 혼합형 바이오필름은 독성을 더 증가시키고 항생제와 같은 외부 환경으로부터 자신을 더 보호하는 경향이 있다.

다양한 미생물이 서식하는 구강의 바이오필름에는 캔디다와 같은 진균과 세균뿐만 아니라, 세균을 숙주로 삼은 바이러스(박테리오파지) , 세균이기는 하되 크기나 유전자가 매우 작아서 다른 세균에 의지해야 하는 CRP(Candidate Radiation Phylum) 들 역시 바이오필름의 형성에 참여하는 것으로 알려져 있다. (Baker, Bor et al. 2017) 
다양한 미생물이 서식하는 구강에서 미생물 도시의 뼈대를 제공하는 것은 긴 팔을 가진 필라멘트형 세균일 수도 있다..(Welch, Rossetti et al. 2016) Corynebacterium 과 같이 길게 뻗은 필라멘트를 가진 세균들의 팔이 다른 미생물들이 붙을 수 있는 뼈대역할을 한다.
 
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이렇게 눈에 보이지는 않지만, 내 몸에 늘 붙어있는 바이오필름이 질병으로 가지 않게 하기 위해서는 긴장된 평화가 지속되어야 한다. 그럴려면, 내 몸의 면역력이 약해지지 않도록 건강을 보살펴야 한다. 또 내 몸이 감당할 수 있을 만큼의 적절한 미생물이 증식할 수 있도록 청결한 손 씻기와 이닦기가 중요한 이유다.
변비가 걸려도 장내 미생물이 대폭 증가하니 잘 싸는 것도 중요하다.
 
 
Baker, J. L., et al. (2017). "Ecology of the oral microbiome: beyond bacteria." Trends in Microbiology 25(5): 362-374.
Lohse, M. B., et al. (2018). "Development and regulation of single-and multi-species Candida albicans biofilms." Nature Reviews Microbiology 16(1): 19
Watnick, P. and R. Kolter (2000). "Biofilm, city of microbes." Journal of bacteriology 182(10): 2675-2679.
Welch, J. L. M., et al. (2016). "Biogeography of a human oral microbiome at the micron scale." Proceedings of the National Academy of Sciences 113(6): E791-E800.
 
 
 
 

 


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