약학대학 김기현 교수 연구팀이 인간 장내미생물군으로부터 신경전달물질 GABA에 의존적으로 성장하는 특정 미생물을 확인함으로써 GABA를 생성하는 장내미생물이 인간 장내에 존재하는 것을 확인하고, 이들이 실제로 우울증 발병과 연관이 있음을 증명하는데 성공했다고 밝혔다.
 * GABA(가바) : gamma-aminobutyric acid의 약자. 중추신경계의 중요한 억제성 신경전달물질로, 뇌의 대사와 순환 촉진작용을 한다. 글루타민산, 글라이신과 함께 포유류의 중추 신경계에서 가장 일반적으로 쓰이는 신경 전달 물질 중 하나이다.

인간의 장내미생물군(gut microbiota)은 면역반응과 신경계를 포함하는 다양한 기능 및 질환 발병에 영향을 주는 것으로 알려져 있지만, 23~65%의 장내미생물은 현재 실험실 배양에 어려움을 겪고 있다. 이는 장내미생물의 역할을 이해하는데 큰 장애물이 되고 있으며, 그동안 장내미생물 연구의 현실적인 애로사항이였다. 이러한 장내미생물 배양의 어려움은 주변 박테리아로부터 제공되는 주요 성장 인자의 공급부재에 의한 것으로 파악되고 있다. 

본 연구에서는 Bacteroides fragilis의 존재하에서만 성장하는 특정 장내미생물 KLE1738을 발견했고, 이를 이용하는 공생배양법(co-culture)과 활성추적분리법(bioassay-driven purification)을 통하여 장내미생물 KLE1738의 주요 성장 인자가 γ-aminobutyric acid (GABA)라는 사실을 확인했다. 대표적인 신경전달물질로 알려진 GABA가 장내미생물의 주요 성장 인자로 밝혀진 것은 놀라운 결과였고, 유전체 분석에 의해 GABA 의존적 대사과정 또한 증명했다. 

지시약으로써 장내미생물 KLE1738을 이용하여 다양한 GABA 생성 장내미생물을 확인했고 이를 통해 Bacteroides ssp가 과량의 GABA를 생성하는 것을 알게 되었다. 그리고 유전체 기반 대사 모델링을 통하여 GABA를 생산하는 미생물과 의존하는 미생물을 예측확인 했고 건강한 사람으로부터 기증받은 대변 시료의 전사체(transcriptome) 분석을 통해 GABA 생성 경로가 Bacteroides, Parabacteroides, Escherichia 종에 의한 것으로 증명되었다. 

특히 GABA 관련 반응과 연관된 질환인 주요우울장애(Major Depressive Disorder) 환자들의 기능자기공명영상법(functional magentic resonance imaging, fMRI) 분석을 통하여 GABA 생성과 관련된 Bacteroides 장내미생물이 상대적으로 많으면 우울증과 관련된 뇌질환 발병이 적어질 수 있음을 통계학적으로 증명했다.  

김기현 교수는 이번 연구결과에 대해 “장내미생물군의 상호작용이 특정 저분자 물질에 의해 이루어지며, 이를 이해하는데 미생물 배양기술과 천연물화학 분야가 융복합되어 응용된 첫 사례”로 강조했고 “본 연구는 장내미생물간의 상호작용을 저분자 물질과 함께 이해함으로써 특정 장내미생물이 실제로 우울증 발병에 영향을 준다는 점을 증명했다. 이는 장내미생물을 이용하는 새로운 우울증 치료제 및 예방법의 개발 가능성을 제시할 수 있다”라고 설명했다.

이 연구는 노스이스턴 대학교와 하버드 의과대학교와의 공동 연구로 수행되었다. 미생물(Microbiology) 분야의 세계적인 학술지 Nature Microbiology(Impact Factor 14.174)에 발표되었다.