장내 미생물이 섬유질을 추가 칼로리로 전환할 수 있습니다.

소화관에 살고 있는 미생물 집합을 장내 미생물군집이라고 합니다. 모든 사람이 하나를 가지고 있지만 일부 사람들의 미생물군집은 많은 양의 메탄을 생성하는 반면 다른 사람들은 거의 생성하지 않습니다.

섬유질에 숨겨진 미생물과 에너지

연구에 따르면 미생물군집이 더 많은 메탄을 생성하는 사람들은 고섬유질 식품에서 더 많은 에너지를 추출하는 경향이 있는 것으로 나타났습니다. 이는 동일한 식사가 결장에 도달하면 개인마다 다른 칼로리 수치를 제공할 수 있는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구자들은 섬유질이 많은 식품이 여전히 유익하다고 강조했습니다. 사람들은 일반적으로 메탄 수준에 관계없이 가공 식품이 많이 함유된 전형적인 서양식 식단에서 더 많은 칼로리를 흡수합니다. 그럼에도 불구하고 섬유질이 풍부한 식단의 칼로리 흡수는 사람의 내장에서 생성되는 메탄의 양에 따라 달라집니다.

이러한 발견은 장내 메탄이 개인화된 영양, 즉 각 사람의 소화 시스템의 고유한 미생물 활동에 맞춰 식단이 조정되는 미래의 핵심 요소가 될 수 있음을 시사합니다.

이번 연구의 주저자이자 미생물군집을 통한 건강을 위한 바이오디자인 센터(Biodesign Center for Health Through Microbiome)의 대학원 연구원인 블레이크 더크스(Blake Dirks)는 “이 차이는 다이어트 개입에 중요한 영향을 미칩니다. 이는 동일한 다이어트를 하는 사람들이 다르게 반응할 수 있다는 것을 보여줍니다. 그 중 일부는 장내 미생물군집의 구성 때문입니다”라고 말했습니다. Dirks는 ASU 생명과학부의 박사 과정 학생이기도 합니다.

메탄 제조자를 만나보세요

에 게시됨 ISME 저널이 연구는 주요 플레이어인 메탄 생성균으로 알려진 메탄 생성 미생물을 식별합니다. 이러한 미생물은 보다 효율적인 소화 및 더 높은 에너지 흡수와 관련이 있는 것으로 보입니다.

미생물군집의 주요 역할은 신체가 스스로 소화할 수 없는 음식을 분해하는 것입니다. 미생물은 섬유질을 단쇄지방산(SCFA)으로 발효시켜 귀중한 에너지원을 제공합니다. 이 과정에서 수소 가스가 방출됩니다. 수소가 너무 많으면 발효가 느려질 수 있지만 다른 미생물은 수소를 소비하여 이를 방지하여 소화 화학의 균형을 유지합니다.

메탄생성물질은 수소 소비자입니다. 수소를 섭취하면서 부산물로 메탄을 방출합니다. 그들은 인간의 장에서 이 가스를 생성하는 유일한 미생물입니다.

“인체 자체는 메탄을 생성하지 않고 미생물만이 생성합니다. 따라서 우리는 이것이 단쇄 지방산의 효율적인 미생물 생산을 나타내는 바이오마커가 될 수 있다고 제안했습니다”라고 연구 교신저자이자 미생물군집을 통한 건강을 위한 바이오디자인 센터 소장인 Rosy Krajmalnik-Brown은 말했습니다.

미생물이 신진대사를 형성하는 방법

ASU 연구진은 이들 미생물 간의 상호작용이 신진대사에 직접적인 영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견했습니다. 더 많은 메탄을 생산한 참가자들은 단쇄 지방산 수치도 더 높았으며, 이는 장에서 더 많은 에너지가 생성되고 흡수된다는 것을 나타냅니다.

이러한 효과를 테스트하기 위해 각 참가자는 두 가지 다른 다이어트를 따랐습니다. 하나는 고도로 가공된 저섬유질 식품을 포함하는 반면, 다른 하나는 전체 식품과 섬유질을 강조했습니다. 두 식단 모두 동일한 비율의 탄수화물, 단백질, 지방을 함유했습니다.

이 연구는 전문 시설에 대한 접근을 제공하는 AdventHealth 중개 연구소(AdventHealth Translational Research Institute)와 협력하여 수행되었습니다. 각 참가자는 전체 방 열량계라고 불리는 밀폐된 호텔과 같은 방에서 6일을 보냈습니다. 이러한 환경을 통해 연구자들은 신진대사와 메탄 생산량을 정확하게 측정할 수 있었습니다.

단일 호흡 테스트에 의존하는 기존 방법과 달리 이 설정은 호흡 및 기타 배출물(에헴)을 통해 방출되는 메탄을 지속적으로 포착하여 미생물 활동에 대한 보다 정확한 보기를 제공합니다.

“이 연구는 임상 중개 과학자와 미생물 생태학자 사이의 협력의 중요성을 강조합니다. 전체 방 열량계를 통한 에너지 균형의 정확한 측정과 ASU의 미생물 생태학 전문 지식의 결합으로 핵심 혁신이 가능해졌습니다.”라고 연구소의 공동 저자이자 부연구원인 Karen D. Corbin은 말합니다.

에너지 및 미생물 활동 추적

혈액 및 대변 샘플에서 수집된 데이터는 참가자가 음식에서 흡수하는 에너지의 양과 장내 미생물이 얼마나 활동적인지 보여줍니다. 그런 다음 연구자들은 메탄 생산량이 높은 사람들과 수준이 낮은 사람들을 비교했습니다.

거의 모든 참가자가 가공식품 식단에 비해 고섬유질 식단을 섭취하는 동안 더 적은 칼로리를 흡수했습니다. 그러나 메탄 생산량이 많은 사람들은 시스템에 메탄이 ​​적은 사람들보다 섬유질이 풍부한 식품에서 더 많은 칼로리를 흡수했습니다.

맞춤형 건강을 향한 한 걸음

이번 발견은 향후 연구와 의료 응용을 위한 중요한 토대를 마련했습니다.

이 연구는 미래 연구와 의학 치료의 기반을 마련합니다.

“우리 연구에 참여한 사람들은 상대적으로 건강했습니다. 제가 살펴볼 가치가 있다고 생각하는 것 중 하나는 비만, 당뇨병 또는 기타 건강 상태가 있는 사람들과 같은 다른 인구 집단이 이러한 유형의 다이어트에 어떻게 반응하는지입니다.”라고 Dirks는 말합니다.

이 연구는 체중 감량을 유도하는 것을 목표로 하지 않았지만 일부 참가자는 고섬유질 식단을 따르는 동안 소량을 감량했습니다. 향후 연구에서는 메탄생성 물질이 체중 감량 노력이나 전문 영양 프로그램에 어떻게 영향을 미치는지 탐구할 수 있습니다.

Krajmalnik-Brown은 “미생물군집이 개인화되는 것이 얼마나 중요한지 알 수 있습니다.”라고 말합니다. “구체적으로, 우리가 이 실험을 위해 미생물군집을 강화하기 위해 매우 신중하게 설계한 식단은 각 사람에게 서로 다른 영향을 미쳤습니다. 부분적으로는 일부 사람들의 미생물군집이 다른 사람들보다 더 많은 메탄을 생성했기 때문입니다.”

ASU 연구팀의 다른 구성원으로는 Bruce Rittmann 교수와 대학원 연구원 Taylor Davis가 있습니다.

이 프로젝트는 국립 보건원 산하 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소의 자금 지원을 받았습니다.