Effect of inulin on the human gut microbiota: stimulation of Bifidobacterium adolescentis and Faecalibacterium prausnitzii (2009)

https://doi.org/10.1017/s0007114508019880

 

프리바이오틱(prebiotic)인 이눌린은 대장에서 선택적으로 발효되어 장내 미생물 군집(gut microbiota)을 조절하는 기능을 한다. 해당 논문은 이눌린 섭취가 특정 유익균의 성장을 촉진하고 장내 환경을 개선하는지에 대한 영향을 평가한 연구이다. 특히 Bifidobacterium 속과 같은 유산균 및 Faecalibacterium prausnitzii와 같은 저 G+C% 양성균의 반응을 중점적으로 분석했다.

 

연구 배경

• 프리바이오틱: 이눌린과 같은 프리바이오틱은 대장에서 소화되지 않고 특정 미생물에 의해 발효되어 장 건강을 증진시킨다.
• 장내 미생물 군집의 중요성: 장내 미생물은 숙주의 건강에 중요한 역할을 하며, 이들의 조성을 개선하면 염증 완화, 병원균 억제, 면역력 강화 등 다양한 건강상의 이점을 제공한다.
• 이눌린의 타겟: 이전 연구에서 이눌린은 Bifidobacterium 속 유산균을 선택적으로 증식시키는 것으로 알려져 있지만, 정확히 어떤 종이 더 효과적으로 자극되는지와 다른 장내 미생물에 미치는 영향은 명확하지 않았다.

 

연구 방법

1. 참가자 구성

   • 12명의 건강한 성인(남녀 혼합)
   • 대조군(이눌린 섭취 없음)과 실험군(이눌린 10g/day 섭취)을 비교하는 교차 설계 연구 진행
   • 각각 16일 동안 이눌린 섭취 및 대조군 기간 설정

2. 샘플 채취 및 분석

   • 대변 샘플에서 DNA를 추출하여 16S rRNA 기반 실시간 PCR(real-time PCR)로 장내 미생물 구성 분석
   • 발효 산물(SCFA)과 대변 pH도 측정하여 대사 변화를 평가

3. 미생물 군집 변화 관찰

   • Bifidobacterium 속의 다양한 종과 Faecalibacterium prausnitzii 등 주요 저 G+C% 군집에 대한 변화를 정량적으로 분석

 

연구 결과

1. 장내 미생물 군집의 주요 변화

• Bifidobacterium adolescentis

  • 섭취 전: 전체 장내 미생물 군집의 0.89%

  • 섭취 후: 3.9%로 4배 이상 증가(P=0.001)

  • 이는 Bifidobacterium 속에서 가장 큰 증가폭을 기록, 이눌린이 이 균종의 성장을 강하게 자극했음을 시사한다.

• Faecalibacterium prausnitzii

  • 섭취 전: 10.3%

  • 섭취 후: 14.5%로 유의미한 증가(P=0.019)

  • 이 균주는 장내 염증 완화와 관련된 주요 단쇄 지방산(특히 부티르산) 생산균이다.

2. 다른 유산균과의 비교

• Bifidobacterium longum: 소폭 증가했지만 통계적으로 유의미하지 않음

• Bifidobacterium bifidum: 0.22%에서 0.63%로 증가(P<0.001)

• Bifidobacterium pseudocatenulatum와 같은 일부 균주는 변화가 관찰되지 않음

3. 발효 산물과 pH 변화

• 발효 산물인 젖산(lactate)은 약간 증가(P=0.041)했지만, 단쇄 지방산(SCFA) 농도와 대변 pH는 통계적으로 유의미한 변화가 없었다.

• 부티르산 생산과 관련된 유전자(butyryl-CoA transferase)는 미미한 상관관계를 보였다.

4. 개인 간 반응 차이

• 같은 이눌린 섭취에도 개인에 따라 미생물 군집 변화와 대사 반응이 크게 달랐다.

  • 초기 장내 미생물 조성과 대사 특성이 주요 요인으로 추정된다.

 

 

이눌린 섭취 전후 장내 미생물 군집 변화

• 12명의 참가자를 대상으로 대변 샘플을 분석한 결과를 보여준다.
• 주요 장내 미생물 군집이 이눌린 섭취 전, 대조 기간, 섭취 후에 어떻게 변화했는지를 시각화했다.

핵심 내용

1. Bifidobacterium spp.

   • 이눌린 섭취 후 비율이 크게 증가했다(P<0.001).
   • 이는 이눌린이 Bifidobacterium 속 유익균을 활성화시켰음을 나타낸다.

2. Faecalibacterium prausnitzii

   • 대조 기간과 비교해 섭취 후 유의미하게 증가(P=0.019)
   • 장내 염증 완화와 연관된 균주로, 이 변화는 건강 증진 가능성을 시사한다.

3. 다른 미생물 군집

   • Roseburia/E. rectale 등 일부 균주는 개별적으로 큰 변화가 없었지만, 특정 참가자에게서는 증가 경향이 관찰됐다.

 

 

발효 산물 및 대변 pH의 변화

• 대변에서 측정된 주요 발효 산물(젖산, 부티르산 등)과 pH 값을 비교했다.
• 섭취 전, 대조 기간, 섭취 후 세 가지 시점의 결과를 비교했다.

핵심 내용

1. 젖산(Lactate)

   • 이눌린 섭취 후 약간 증가(P=0.041)
   • 이는 이눌린이 발효 과정을 활성화했음을 시사한다.

2. 단쇄 지방산(SCFA)

   • 부티르산 및 기타 SCFA는 변화가 통계적으로 유의하지 않았다.
   • 이는 발효 산물이 대장에서 대부분 흡수되어 대변에서는 큰 차이가 보이지 않을 가능성을 의미한다.

3. 대변 pH

   • 섭취 전, 대조 기간, 섭취 후 사이에 유의미한 차이가 없었다.
   • 이는 pH 변화가 미생물 군집 변화에 직접적으로 반영되지 않음을 나타낸다.

 

 

Bifidobacterium 속 주요 종의 변화

• Bifidobacterium 속의 특정 균종 비율 변화를 보여준다.
• 섭취 전, 대조 기간, 섭취 후 시점에서 각 종의 비율을 비교했다.

핵심 내용

1. Bifidobacterium adolescentis

   • 섭취 전: 전체 미생물의 약 0.89%
   • 섭취 후: 3.9%로 약 4배 증가(P=0.001)
   • 이눌린에 가장 강하게 반응한 균주로 확인됐다.

2. Bifidobacterium bifidum

   • 섭취 전: 약 0.22%
   • 섭취 후: 0.63%로 증가(P<0.001)
   • 소폭 증가했지만, B. adolescentis만큼의 강한 반응은 아니었다.

3. Bifidobacterium longum

   • 섭취 후 약간의 증가 경향이 있었지만, 통계적으로 유의미하지 않았다.

 

연구 결론

이눌린 섭취는 장내 유익균인 Bifidobacterium adolescentis와 Faecalibacterium prausnitzii의 비율을 유의미하게 증가시켰다. 이는 장내 염증을 완화하고 대사 건강을 개선할 수 있는 가능성을 보여준다. 개인 간 반응 차이가 존재했지만, 이눌린이 장내 환경 조절에 긍정적인 역할을 한다는 점이 확인되었다.

 

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