어머니로부터 자식에게 수직적 전달
■ 비피도박테리아의 일반적인 특성
식약처 고시 프로바이오틱스 미생물 중 비피도박테리움에 속하는 종은 B.bifidum, B.breve, B.longum, B.animalis ssp lactis 등 총 4종이다.
프로바이오틱스로 오랫동안 사용돼 온 Bifidobacteria는 정장 효과로 인해 설사를 조절하고 변비를 가진 과민성 장 증후군에 대해 효과를 보여 왔다. 또 병원성 세균 장내 정착을 방해하고 면역 조절 및 암유발 효소 억제 등의 연구결과도 있다.
계통적으로 보면 비피도박테리아는 Bacteria(계), Actinobacteria(문), Actinobacteria(강), Antinobacteriae(목), Bifidobacteriales(과), Bifidobacterialceae(속)에 속한다. 운동성이 없는 그람 양성, 혐기성 세균이며 혐기 정도에 따라 산소에 대한 반응으로 hypersensitive, sensitive, tolerant, micoraerophilic으로 구분하기도 한다.
비피도박테리아는 1899년 파스퇴르 연구소에 근무하던 소아과 의사 티씨어(Henry Tissier)에 의해 분리됐다. 두 개의 다리(bi-fid)를 가진 Y자 모양으로 인해 당시에는 Bacillus bifidus라고 이름 붙여졌다. 1924년 Orla-Jensen에 의해 비피도박테리움이라는 새로운 종이 제안되기도 했으나 1960년대 이전에는 주로 Lactobacillus bifidus로 분류됐다(Mitsuoka and Kaneuchi 1977). 그만큼 형태나 생리학적 특성이 락토바실러스와 유사하다.
비피도 속(genus)에 속하는 종과 아종은 현재 47개 정도다. 그 수는 상대적으로 많지 않은 수준으로 유전자나 게놈으로 봐도 변이 정도가 락토바실러스와 비교했을 때 상대적으로 적다. 분리되는 곳도 주로 사회적 군집생활을 하는 포유류, 조류, 곤충 소화관에 한정돼 발견된다.
동물들이 태어나 부모 양육에 첫 생존을 의지하게 되는데, 이때 비피도는 어머니로부터 자식에게 수직적으로 전달된다. 포유류의 양막은 무균 환경이며, 태아가 산도를 나오기 위해 양막이 터지는 순간 미생물의 군집이 시작된다. 비피도는 가장 먼저 태아에 자리 잡는 박테리아 중 하나다.
모유는 두 가지 측면에서 비피도박테리아가 영아의 장 내 자리 잡을 수 있도록 돕는다.
우선 모유 안에서 비피도가 발견된다. 즉 어머니의 비피도가 직접 아이에게 전달되는 것이다. 현재까지는 인간의 체액인 모유에 어떻게 미생물이 포함돼 있는지 알 수 없지만 모유에는 분명 비피도박테리아가 포함돼 아기에게 직접적이고 수직적으로 전달한다.
모유 안에 비피도 존재…유아 장 세균 90% 차지
성인되면서 비율 3~6%로 줄어…3~4번째 군집
그 다음 모유 안 HMO(Human milk oligosaccharide)는 초기 영아 장 내에서 비피도의 중요한 영양소를 제공한다. HMO는 영아 스스로 소화시키기 불가능한 물질이다. 이에 어머니의 모유가 영아에게 에너지원과 영양소를 제공할 뿐만 아니라 영아 장 내 있는 비피도에게도 영양소와 에너지원을 제공하는 것이다. 이 같은 과정을 통해 어머니와 아이는 특정 비피도박테리아 균종까지 함께 공유한다.
이후 아이들이 고형식을 시작하면서 다양한 종의 박테리아들이 급격히 증가한다. 마치 모유 수유 기간 동안 박테리아의 대폭적인 증가를 대비해 온 듯하다. 그 과정에서 비피도의 수는 조금 감소하지만 다른 박테리아들의 광범한 등장과 함께 비피도의 상대적 비율은 급격히 떨어진다.
비피도박테리아는 유아 때 장세균의 90% 정도를 차지한다. 이는 분유보다 모유를 먹는 유아에서 더 많이 서식한다. 이처럼 초기 높은 비율은 비피도박테리아가 새로 생명 활동을 시작한 영아의 면역과 대사기능을 조절하고 기르는데 조절자 역할을 할 것으로 추정한다.
성인이 되면서 점차 감소해 3~4번째로 많은 그룹으로 3~6% 정도를 차지한다. 성장하면서 수는 조금 감소하는데, 고형식과 함께 많은 종과 수의 미생물이 장내에서 급증하기 때문에 상대적 분포도는 많이 줄어드는 것이다.
비피도박테리아는 구강 내에도 서식한다. B.dentium은 구강 내 존재하는 영양소의 활용, 타액에 섞여 있는 라이소자임과 같은 항균 물질의 방어, 구강 내 살고 있는 다른 세균과의 경쟁력 확보 등을 통해 구강에 적응한 것으로 추측된다.
조사에 따르면 B.dentium은 충치가 발생하는 곳에서 채취해 배양된 세균의 8% 정도를 차지하는 것으로 나타났다(Ventura, Turroni et al. 2014).
비피도는 섬모(fimbriae·pili)와 스스로 세포 밖으로 분비하는 외당(EPS, Extracellular Polysaccharide)을 통해 숙주와 끊임없이 영향을 주고받는다. 섬모와 외당은 병인성 세균들이 숙주에 양향을 미치기 위해 만든 것으로 과학자들의 주목을 받아 왔으나 최근 비피도 박테리아에도 존재하는 것으로 밝혀졌다(Ventura, Turroni et al. 2014).
이 외에도 인간과 같이 진핵생물 세포에서 생성돼 염증반응을 억제하는 Serpins(Serine protease inhibitors)과 같은 물질이 비피도에서도 발견돼 면역조절에 기여하는 것으로 판단된다. 또한 비피도에 의해 생성되는 단쇄지방산, 비타민도 숙주와 미생물간 상호작용에 도움을 준다.
Mitsuoka, T. and C. Kaneuchi (1977). "Ecology of the bifidobacteria." The American journal of clinical nutrition 30(11): 1799-1810.
Ventura, M., et al. (2014). "Bifidobacteria and humans: our special friends, from ecological to genomics perspectives." Journal of the Science of Food and Agriculture 94(2): 163-168.
